Question

8．工业炼铁的原理为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）$\stackrel{高温}{?}$2Fe（s）+3CO₂（g）．
（1）不能说明该反应达到平衡状态的是：③④
①某物质含量不变         ②某物质转化率不变
③某物质浓度不变         ④恒容压强不变
⑤条件一定，混合气体的平均相对分子质量不变
⑥体积一定时，混合气体的密度不再变化
（2）向一体积可变的密闭容器中加入1mol Fe₂O₃和3mol CO，高温下发生上述反应达平衡，测得混合气体中CO₂的浓度为0.3mol/L，请填写下列空白：
①若容器的体积为5L，反应经2min达平衡，则以CO浓度变化表示的反应速率为：0.15mol/L•min，达平衡时CO的转化率为50%．
②若向达平衡的混合物中通入一定量的氦气，并保持温度和压强不变，则逆反应的速率减小，容器中CO₂的体积分数不变 （填“增大”、“减小”、“不变”）
③若对达平衡的混合物降温，混合气体的平均相对分子质量减小，则正反应吸热 （填“吸热”、放热“）．
④若在最初的容器中改加1.5mol Fe和4mol CO₂，温度保持不变，要使反应达到平衡时CO₂的浓度为0.5mol/L，则容器的体积是4 L．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）①测得混合气体中CO₂的浓度为0.3mol/L，若容器的体积为5L，所以平衡时二氧化碳的物质的量为：0.3×5=1.5mol，则一氧化碳的变化量为：1.5mol，反应经2min达平衡，则以CO浓度变化表示的反应速率为：$\frac{\frac{1.5}{5}mol/L}{2min}$=0.15mol/L•min，达平衡时CO的转化率为 $\frac{1.5}{3}×100%$=50%；
②若向达平衡的混合物中通入一定量的氦气，体积膨胀，相当于减小压强，则逆反应的速率减小，减小压强平衡，平衡不移动，容器中CO₂的体积分数不变；③若对达平衡的混合物降温，混合气体的平均相对分子质量减小，说明平衡逆向移动，逆反应是放热反应，正反应是吸热反应；
④温度保持不变，平衡常数不变，根据平衡常数求解．

解答 解：（1）①某物质含量不变，说明各物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；         
②某物质转化率不变，说明各物质的量不变，反应达平衡状态，故正确；
③固体的浓度始终不变，故错误；        
④恒容压强始终不变，故错误；
⑤条件一定，混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体的质量不变，反应达平衡状态，故正确；
⑥体积一定时，混合气体的密度不再变化，说明气体的质量不变反应达平衡状态，故正确；
故选：③④；
（2）①测得混合气体中CO₂的浓度为0.3mol/L，若容器的体积为5L，所以平衡时二氧化碳的物质的量为：0.3×5=1.5mol，则一氧化碳的变化量为：1.5mol，反应经2min达平衡，则以CO浓度变化表示的反应速率为：$\frac{\frac{1.5}{5}mol/L}{2min}$=0.15mol/L•min，达平衡时CO的转化率为 $\frac{1.5}{3}×100%$=50%，
故答案为：0.15mol/L•min；50%；
②若向达平衡的混合物中通入一定量的氦气，体积膨胀，相当于减小压强，则逆反应的速率减小，减小压强平衡，平衡不移动，容器中CO₂的体积分数不变，
故答案为：减小；不变；
③若对达平衡的混合物降温，混合气体的平均相对分子质量减小，说明平衡逆向移动，逆反应是放热反应，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；    
③由①知：K=$\frac{0．{3}^{3}}{0．{3}^{3}}$=1，设体积为：V，则$（\frac{0.5}{\frac{4-0.5V}{V}}）^{3}=1$，解之得：V=4L，故答案为：4．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断，难度不大，注意当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，但不为0．