Question

鐵元素是重要的金屬元素，單質(zhì)鐵在工業(yè)和生活中使用得最為廣泛。鐵還有很多重要的化合物及其化學(xué)反應(yīng)。如鐵與水反應(yīng)：3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)   △H
(1)上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝_______。
(2) 已知：①3Fe(s)＋2O₂(g)＝Fe₃O₄(s)  △H₁＝－1118.4kJ/mol
②2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)  △H₂＝－483.8kJ/mol
③2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(l)  △H₃＝－571.8kJ/mol
則△H＝_______。
(3)在t⁰C時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝16，在2L恒溫恒容密閉容器甲和乙中,分別按下表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)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的平衡轉(zhuǎn)化率為_______ (結(jié)果保留一位小數(shù))。
②下列說法正確的是_______ (填編號(hào))
A.若容器壓強(qiáng)恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B.若容器內(nèi)氣體密度恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C.甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率
D.增加Fe₃O₄就能提高H₂O的轉(zhuǎn)化率
(4)若將(3)中裝置改為恒容絕熱(不與外界交換能量)裝置，按下表充入起始物質(zhì)，起始時(shí)與平衡后的各物質(zhì)的量見表：

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

 
若在達(dá)平衡后的裝置中繼續(xù)加入A、B、C三種狀況下的各物質(zhì)，見表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
A/mol	3.0	4.0	0	0
B/mol	0	0	1	4
C/mol	m	n	p	q

 
當(dāng)上述可逆反應(yīng)再一次達(dá)到平衡狀態(tài)后,上述各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列的關(guān)系是
________(用A、B、C表示）。
(5)已知Fe(OH)₃的Ksp＝2.79×10^－39，而FeCl₃溶液總是顯示較強(qiáng)的酸性，若某FeCl₃溶液的pH為3,則該溶液中c(Fe³⁺)＝________mol ? L^-1 (結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

Answer 1

（每空2分，最后兩空每空3分，共計(jì)14分）（1）K＝ （2）－150.8kJ/mol
（3）①33.3% ②BC （4）B＞C＞A （5）2.79×10^－6

解析試題分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)該反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，平衡常數(shù)表達(dá)式K＝。
（2）根據(jù)蓋斯定律可知，①－②×2即得到反應(yīng)3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝－1118.4kJ/mol＋483.8kJ/mol×2＝－150.8kJ/mol。
（3）①          3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)
起始濃度（mol/L）         0.5               0.5
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）         x                 x
平衡濃度（mol/L）      0.5－x             0.5＋x
則根據(jù)平衡常數(shù)K＝可知＝16
解得x＝，所以水蒸氣的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝33.3%
②A、反應(yīng)前后體積不變，壓強(qiáng)始終不變，所以若容器壓強(qiáng)恒定，則反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，A不正確；B、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中容器容積不變，氮?dú)怏w的質(zhì)量是變化的，所以若容器內(nèi)氣體密度恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C、乙容器相當(dāng)于是在甲容器的基礎(chǔ)上增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但水蒸氣的轉(zhuǎn)化率降低，即甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率，C正確；D、四氧化三鐵是固體，所以增加Fe₃O₄不能提高H₂O的轉(zhuǎn)化率，D不正確，答案選BC。
（4）A相當(dāng)于是在原平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，但反應(yīng)放熱多。由于是絕熱容器，溫度升高，使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣含量降低；B也相當(dāng)于是在原平衡的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，但反應(yīng)吸熱。由于是絕熱容器，溫度降低，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣含量增大；C相當(dāng)于是等效平衡，氫氣含量不變，所以各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列的關(guān)系是B＞C＞A。
（5）FeCl₃溶液的pH為3,則溶液中c(OH^－)＝10^－11mol/L，所以Fe(OH)₃的Ksp＝2.79×10^－39可知，溶液中c(Fe³⁺)＝＝2.79×10^－6mol/L。
考點(diǎn)：考查平衡常數(shù)、蓋斯定律的應(yīng)用、外界條件對平衡狀態(tài)的影響、轉(zhuǎn)化率以及溶度積常數(shù)的有關(guān)計(jì)算