Question

16．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應為Fe₂O₃（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應在不同溫度下的平衡常數(shù)如右表所示：

溫度/℃	1 000	1 150	1 300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

請回答下列問題：
（1）該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$，△H＜（填“＞”“＜”或“=”）0．
（2）在一個容積為10L的密閉容器中，1 000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應經過10min后達到平衡．求該時間范圍內反應的平均反應速率v（CO₂）=0.006 mol•L^-1•min^-1、CO的平衡轉化率=60%．
（3）欲提高（2）中CO的平衡轉化率，可采取的措施是C．
A．減少Fe的量              B．加Fe₂O₃的量             C．移出部分CO₂
D．提高反應溫度             E．減小容器的容積             F．加入合適的催化劑
（4）1000℃時，某時刻CO₂和CO的物質的量濃度分別為0.2mol•L^-1和0.1mol•L^-1，則此時反應是否達到平衡否（填“是”或“否”），V（正）＞V（逆）（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數(shù)，不需要寫固體、純液體；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應；
（2）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數(shù)都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數(shù)計算n的值，進而計算CO的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
（3）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據(jù)平衡移動原理分析；
（4）計算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較判斷反應進行的方向，正向進行V（正）＞V（逆），反之，V（正）＜V（逆）．

解答 解：（1）高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應為Fe₂O₃（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），化學平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$，由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$；＜；
（2）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
                     Fe₂O₃（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                1                1             1
變化（mol）：n               n                n               n
平衡（mol）：1-n            1-n           n+1            n+1
所以K=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$=$\frac{n+1}{1-n}$=4，解得n=0.6，
所以v（CO₂）=$\frac{0.6mol}{\frac{10L}{10min}}$=0.006 mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡轉化率為$\frac{0.6}{1}$×100%=60%，
故答案為：0.006 mol•L^-1•min^-1；60%；
（3）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故C正確；
D．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故D錯誤；
E．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，平衡不移動，故F錯誤；
故答案為：C；
（4）1000℃時，某時刻CO₂和CO的物質的量濃度分別為0.2mol•L^-1和0.1mol•L^-1，則此時Qc=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$=$\frac{0.2}{0.1}$=2＜4.0，說明反應正向進行，未達到平衡，V（正）＞V（逆），
故答案為：否；＞．

點評 本題考查化學平衡的有關計算、化學反應速率計算、平衡常數(shù)等，注意掌握化學平衡常數(shù)的表達式的書寫和平衡移動的原理，注意掌握化學平衡常數(shù)的應用：1、用來判斷反應進行的程度，2、判斷反應的熱效應，3、判斷反應進行的方向，4、用來計算物質的轉化率，題目難度中等．