Question

18．运用化学反应原理研究氮、氧等单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）已知：$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
则反应O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s）的△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$（用K₁、K₂、K₃表示）
（2）一定条件下，铁可以和CO₂发生反应：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知该反应的平衡常数K 与温度T 的关系如图甲所示．

①T℃、p Pa压强下的密闭容器中进行反应，下列能说明反应达到平衡状态的是ad．
a．混合气体的平均相对分子质量不再变化
b．容器内压强不再变化
c．v_正（CO₂）=v_逆 （FeO）
d．CO₂的体积分数不再变化
②T₁温度下，向体积为VL的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，达到平衡时则CO₂的平衡转化率为50%；反应过程中体系的能量增多（增多或降低）
③T₂温度下，恒容密闭容器中，反应过程中测定CO和CO₂物质的量与时间的关系如图乙所示．则T₁＞T₂（填＞、＜或=），CO₂的平衡转化率为66.7%，平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为25：33．

Answer 1

分析 （1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根据盖斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），据此计算；
（2）①当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等（同种物质），各物质的浓度、含量不再改变，以及由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
②T₁温度下反应的平衡常数为1，结合平衡三段式列式计算，转化率=$\frac{转化量}{起始量}$×100%计算；反应放热，体系能量增多；
③计算T₂温度下的K，与T₁的K比较可得，结合平衡三段式列式计算，转化率=$\frac{转化量}{起始量}$×100%计算转化率，平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为气体摩尔质量之比．

解答 解：（1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根据盖斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
故答案为：-77.5kJ/mol；$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
（2）①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反应前后是气体体积不变的放热反应，
a、反应前后气体物质的量不变，气体质量发生变化，混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到平衡状态，a正确；
b、反应前后气体体积不变，容器内压强始终不发生变化，不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c、氧化亚铁是固体，不能表示反应速率，故c错误；
d、随着反应的进行，CO₂的量减少，当体积分数不再变化达平衡状态，故d正确；
故答案为：ad；
②T₁温度下，向体积为V L的密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂，平衡常数为1，设二氧化碳起始量为x，变化量为y，
        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           x                0
变化量           y                y
平衡量         x-y                y
平衡常数K=$\frac{y÷V}{（x-y）÷V}$=1，解得$\frac{y}{x}$=0.5=50%；反应放热，反应过程体系能量增多；
故答案为：50%；增多；
③根据图乙，设反应容器容积为V L，则K₂=$\frac{2÷V}{1÷V}$=2，反应放热，化学平衡常数增大，说明反应温度降低，T₁＞T₂；T₂温度下，设反应容器容积为V L，平衡常数为2，设二氧化碳起始量为a，变化量为b，
                   Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量          a                0
变化量           b               b
平衡量         a-b               b
平衡常数K=$\frac{b÷V}{（a-b）÷V}$=2，解得：$\frac{b}{a}$=$\frac{2}{3}$=66.7%；平衡时混合气体的密度与起始时气体的密度之比为气体摩尔质量之比$\frac{44（a-b）+28b}{a}$：44=25：33；
故答案为：＞； 66.7%； 25：33．

点评 本题考查了化学平衡图象分析，影响因素判断，热化学方程式书写，混合物反应的计算，题目难度中等，涉及焓变、反应热、物质的量的计算，试题计算量较大，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算能力，明确发生反应的原理为解答关键．