Question

【題目】以赤鐵礦為原料，利用高爐煉鐵的基本反應(yīng)為：

i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g）△H1

其中CO產(chǎn)生的反應(yīng)是：

ii.C（焦炭，s）+O2（空氣，g）=CO2（g）△H2＜0

iii.C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）△H3＞0

（1）以焦炭煉鐵的反應(yīng)：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=____________（請用含△H1、△H2或H3的式子表示）。

（2）反應(yīng)i的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下表，請回答：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)K	64.0	50.6	42.9

①當(dāng)反應(yīng)溫度為1150℃，高爐中n（CO）：n（CO2）=4:1時(shí)，v正_____v逆（填大于、小于、或等于）。

②己知高爐容積VL，反應(yīng)溫度1000℃。若提供給i反應(yīng)的CO共2.24×103L（已折算標(biāo)準(zhǔn)狀況），該反應(yīng)經(jīng)過tmin達(dá)平衡，則CO2在此段時(shí)間的反應(yīng)速率為________（用V、t代數(shù)式表示）。

（3）T℃下，初始體積均為2L，初始壓強(qiáng)均為100kPa的甲（固定體積），乙（固定壓強(qiáng)）兩容器中各充入2molCO進(jìn)行反應(yīng)iii，達(dá)平衡時(shí)甲中氣體壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>4/5倍。請回答：

①下列可以判斷甲中反應(yīng)達(dá)平衡的是________________（填字母序號）。

a.2c（CO2）=c（CO）

b.v正（CO2）=2v逆（CO）

c.氣體密度不再改變

d.氣體平均分子量不再改變

②下圖為甲、乙兩容器中CO的百分含量（CO%）與時(shí)間（t）的關(guān)系示意圖，其中代表乙容器的是___________（填字母編號），理由是______________________。

③乙容器中達(dá)平衡時(shí)的平衡常數(shù)Kp=___________________（Kp為用壓強(qiáng)表達(dá)的平衡常數(shù)）。

Answer 1

【答案】2△H1+3△H3 大于 mol/（L·min） cd b 乙容器相當(dāng)于甲加壓，加壓使得反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡；同時(shí)加壓使得平衡向著氣體分于數(shù)減小的方向，即逆向移動，故CO含量乙＜甲 180 kPa

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

（2）①利用濃度商與平衡常數(shù)大小進(jìn)行判斷；

②v（CO2）=△n/Vt；

（3）①根據(jù)平衡狀態(tài)的特征判斷，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)），各物質(zhì)的濃度、含量不再改變，以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；

②圖中先出現(xiàn)拐點(diǎn)，對應(yīng)的壓強(qiáng)大。

③平衡三段式列式計(jì)算。

（1） i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g） △H1

其中CO產(chǎn)生的反應(yīng)是：

ii. C（焦炭，s）+O2（空氣，g）=CO2（g）△H2＜0

iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

i×2+iii×3得：以焦炭煉鐵的反應(yīng)：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=2△H1+3△H3；

（2）①在一定溫度下，氧化鐵可以與一氧化碳發(fā)生反應(yīng)：Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=c3(CO2)/c3(CO)=50.6。當(dāng)反應(yīng)溫度為1150℃，高爐中n（CO）：n（CO2）=4:1時(shí)，Qc=c3(CO2)/c3(CO)=1/43<50.6，反應(yīng)正向進(jìn)行，故v正大于v逆 ；

②n（CO2）==100mol

K=c3(CO2)/c3(CO)=64，c(CO2)=4c(CO)，得平衡時(shí)n(CO2)=4[100mol-n(CO2)]，得n(CO2)=80mol，v（CO2）=

（3）iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

①a.2c（CO2）=c（CO）沒有指明正逆速率，故錯(cuò)誤；

b.應(yīng)為2v正（CO2）=v逆 （CO），故錯(cuò)誤；

c.氣體質(zhì)量發(fā)生變化，容器體積不變，氣體密度不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確

d.反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量改變，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；

故選cd。

②下圖為甲、乙兩容器中CO的百分含量（CO%）與時(shí)間（t）的關(guān)系示意圖，其中代表乙容器的是b，乙容器相當(dāng)于甲加壓，加壓使得反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡；同時(shí)加壓使得平衡向著氣體分于數(shù)減小的方向，即逆向移動，故CO含量乙＜甲。

③甲中C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）

起始量/mol 0 2

變化量/mol x/2 x

平衡量/mol x/2 2-x

2-x+ x/2=2×4/5

x=0.8

k= =180 kPa