Question

3．铁元素是重要的金属元素，单质铁在工业和生活中使用得最为广泛．铁还有很多的化合物及其化学反应，如铁与水的反应：3Fe（s）+4H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
（1）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H ₁=-1118.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂=-483.8kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H₃=-571.8kJ/mol
则△H=-150.8KJ/mol（计算结果保留一位小数）．
（2）在t℃时，该反应的平衡常数K=16，在2L恒温恒容密闭容器甲和乙中，分别按如表所示   加入物质，在t℃时反应经过一段时间后达到平衡．

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

①甲容器中H₂O的平衡转化率为33.3%（结果保留一位小数）
②下列说法正确的是B（填序号）
A．若容器压强恒定，则反应达到平衡状态
B．若容器内密度恒定，则反应达到平衡状态
C．甲容器中H₂O的平衡转化率大于乙容器中H₂O的平衡转化率
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的转化率
（3）若将（2）中装置改为恒容绝热（不与外界交换能量）的装置，按下表充入起始物质，起始时与平衡后的各物质的量见表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
起始/mol	3.0	4.0	0	0
平衡/mol	m	n	p	q

若在达平衡后的装置中继续加入A、B、C三种状况下的各物质，见下表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
A/mol	3.0	4.0	0	0
B/mol	0	0	1.0	4.0
C/mol	m	n	p	q

当上述可逆反应再一次达到平衡状态后，将上述各装置中H₂的百分含量按由大到小的顺序排列B＞C＞A（用A、B、C表示）．
（4）一种以甲醇做燃料的电池示意图如图，写出该电池放电时负极的电极反应式：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式的书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变写出，依据盖斯定律计算反应的焓变；
（2）①根据初始的量，利用K的值结合三段式求算；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变；
（3）恒容绝热根据反应时温度变化，判断平衡移动，分析氢气的百分含量；
（4）甲醇燃料在原电池中做负极失电子发生氧化反应．

解答 解：（1）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）△H₁=-1118.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.8kJ/mol
根据盖斯定律可知①-②×2得：
3Fe（s）+4H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
△H=△H ₁-2△H₂=-1118.4kJ/mol+483.8kJ/mol×2=-150.8KJ/mol；
故答案为：-150.8KJ/mol；
（2）①设甲容器中达到平衡时转化的水的物质的量为xmol，
               3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）
起始量（mol）：1        1        1          1
转化量（mol）：x                   x
平衡量（mol）：1-x               1+x
则K=$\frac{c{\;}^{4}（H{\;}_{2}）}{c{\;}^{4}（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{（1+x）{\;}^{4}}{（1-x）{\;}^{4}}$=16，所以x=$\frac{1}{3}$，则甲容器中H₂O的平衡转化率为$\frac{\frac{1}{3}}{1}$×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
②A、该反应为气体体积不变的反应，所以容器内压强始终不变，不能用压强判断平衡状态，故A错误；
B、水蒸气的密度与氢气的密度不同，所以当容器内的密度不变时，即是平衡状态，故B正确；
C、设乙中水转化了xmol，则$\frac{（\frac{1+x}{2}）{\;}^{4}}{（\frac{1.5-x}{2}）{\;}^{4}}$=K=16，则x=0.667，所以乙中水的转化率为$\frac{0.667}{1.5}$×100%=44.4%，所以大于甲中转化率33.3%，故C错误；
D、增加固体的量平衡不移动，所以水的转化率不变，故D错误；
故答案为：B；
（3）由于反应前后气体体积相等，所以C条件下，平衡不移动，氢气的体积分数与平衡是相同；A状况下，反应正向进行生成氢气，反应放出热量使容器温度升高，抑制反应继续生成氢气，故氢气体积分数较低，B状况下反应逆向进行生成Fe和水，是吸热过程，使容器温度降低，抑制反应继续消耗氢气，所以氢气的体积分数较高，故H₂的百分含量按由大到小的顺序排列：B＞C＞A；
故答案为：B＞C＞A；
（4）依据图示分析，甲醇做负极失电子发生氧化反应，在熔融盐做电解质中发生的电极反应为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O；
故答案为：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

点评 本题考查了化学平衡常数、盖斯定律、平衡状态的判断、原电池原理等，题目综合性较强，难度较大，侧重于对有关原理应用的考查．