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17.在2L密闭容器中进行反应:mX(g)+nY(g)?pZ(g)+qQ(g),式中m、n、p、q为化学计量数.在0~3min内,各物质物质的量的变化如下表所示:
     物质
时间
XYZQ
起始/mol0.71
2min末/mol0.82.70.82.7
3min末/mol0.8
已知2min内v(Q)=0.075mol/(L•min),v(Z):v(Y)=1:2
(1)试确定以下物质的相关量:起始时n(Y)=2.3mol,平衡常数K=0.3(保留一位有效数字).
(2)写出反应的化学方程式X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g).
(3)用Z表示2min内的反应速率0.05mol/(L.min).
(4)盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义.有些反应的反应热虽然无法直接测得,但可通过间接的方法测定.现根据下列3个热化学反应方程式:
Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=-24.8kJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47.2kJ/mol
Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g)△H=+640.5kJ/mol
写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式:CO(g)+FeO(s)═Fe(s)+CO2(g)△H=-218.0kJ/mol.

分析 2min内v(Q)=0.075mol/(L•min),则2min内△n(Q)=0.075mol/(L•min)×2min×2L=0.3mol,
2min内△n(X)=0.8mol-0.7mol=0.1mol,2min内△n(Z)=1mol-0.8mol=0.2mol,
根据反应速率v(Z):v(Y)=1:2可知,2min内△n(Y)=2△n(Z)=0.4mol,
则m:n:p:q=△n(X):△n(Y):△n(Z):△n(Q)=0.1mol:0.4mol:0.2mol:0.3mol=1:4:2:3,反应的化学方程式为:X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g),
(1)X物质的量增大、Z的物质的量减小,反应逆向进行建立平衡,Y起始物质的量=2min时Y物质的量-2min内△n(Y);
2min、3min末是Z均为0.8mol,故2min末到达平衡状态,反应前后气体体积不变,用物质的量代替浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}(Z)×{c}^{3}(Q)}{c(X)×{c}^{4}(Y)}$计算;
(2)由上述分析,可知反应方程式为:X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g);
(3)根据v=$\frac{△c}{△t}$计算2min内Z表示反应速率;
(4)已知:①Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=-24.8kJ/mol
②3Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47.2kJ/mol
③Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g)△H=+640.5kJ/mol
根据盖斯定律,(①×3-②-③×2)÷6可得:CO(g)+FeO(s)═Fe(s)+CO2(g).

解答 解:2min内v(Q)=0.075mol/(L•min),则2min内△n(Q)=0.075mol/(L•min)×2min×2L=0.3mol,
2min内△n(X)=0.8mol-0.7mol=0.1mol,2min内△n(Z)=1mol-0.8mol=0.2mol,
根据反应速率v(Z):v(Y)=1:2可知,2min内△n(Y)=2△n(Z)=0.4mol,
则m:n:p:q=△n(X):△n(Y):△n(Z):△n(Q)=0.1mol:0.4mol:0.2mol:0.3mol=1:4:2:3,反应的化学方程式为:X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g),
(1)X物质的量增大、Z的物质的量减小,反应逆向进行建立平衡,Y起始物质的量=2.7mol-0.4mol=2.3mol,
2min、3min末是Z均为0.8mol,故2min末到达平衡状态,反应前后气体体积不变,用物质的量代替浓度计算平衡常数,则K=$\frac{{c}^{2}(Z)×{c}^{3}(Q)}{c(X)×{c}^{4}(Y)}$=$\frac{0.{8}^{2}×2.{7}^{3}}{0.8×2.{7}^{4}}$=0.3,
故答案为:2.3mol;0.3;
(2)由上述分析,可知反应方程式为:X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g),
故答案为:X(g)+4Y(g)?2Z(g)+3Q(g);
(3)2min内Z表示反应速率为$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{2min}$=0.05mol/(L.min),
故答案为:0.05mol/(L.min);
(4)已知:①Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=-24.8kJ/mol
②3Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47.2kJ/mol
③Fe3O4(s)+CO(g)═3FeO(s)+CO2(g)△H=+640.5kJ/mol
根据盖斯定律,(①×3-②-③×2)÷6可得:CO(g)+FeO(s)═Fe(s)+CO2(g)△H=-218.0kJ/mol,
故答案为:CO(g)+FeO(s)═Fe(s)+CO2(g)△H=-218.0kJ/mol.

点评 本题考查化学平衡计算、反应速率计算、平衡常数计算、盖斯定律应用,关键是确定反应方程式,难度中等.

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