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)，如鐵與水的反應(yīng)：3Fe（s）+4H₂0（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=-1  118.4  kJ?mol-1；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） △H2=-483.8  kJ?mol-1；
③2H₂（g）+O（g）?2H₂O（l）△H3=-571.8  kJ?mol-1；
則△H=

 

（3）在t℃時，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)，在時反應(yīng)經(jīng)過一段時間后達(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下列說法中正確的是

 

（填字母）．
A．若容器壓強恒定，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）的裝置，按下表充入起始物質(zhì)，起始時與平衡后的各物質(zhì)的量見下表：

	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)，見下表：

	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，將上述各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列：

 

（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

考點：難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）根據(jù)K的定義結(jié)合方程式書寫；
（2）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式計算；
（3）①根據(jù)初始的量，利用K的值結(jié)合三段式求算；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變；
（4）恒容絕熱根據(jù)反應(yīng)時溫度變化，判斷平衡移動，分析氫氣的百分含量；
（5）根據(jù)溶液的PH和Fe（OH）₃的Ksp計算c（Fe³⁺）．

解答： 解：（1）已知鐵與水的反應(yīng)：3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g），則其平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=

c4(H2)

c4(H2O)

；
故答案為：

c4(H2)

c4(H2O)

；
（2）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H ₁=-1118.4KJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H ₁=-483.8KJ/mol；
③2H₂（g）+O（g）?2H₂O（l）△H ₁=-571.8KJ/mol；
根據(jù)蓋斯定律可知：△H=△H ₁+（-2△H₂）=-1118.4+483.8×2=-150.8KJ/mol；
故答案為：-150.8KJ/mol；
（3）①設(shè)甲容器中達(dá)到平衡時轉(zhuǎn)化的水的物質(zhì)的量為xmol，
               3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）
起始量（mol）：1        1        1          1
轉(zhuǎn)化量（mol）：x                   x
平衡量（mol）：1-x                 1+x
則K=

c4(H2)

c4(H2O)

=

(1+x)4

(1-x)4

=16，所以x=

1

3

，則甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率為

1 3 mol

1mol

×100%=33.3%，
故答案為：33.3%；
②A、該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以容器內(nèi)壓強始終不變，不能用壓強判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B、水蒸氣的密度與氫氣的密度不同，所以當(dāng)容器內(nèi)的密度不變時，即是平衡狀態(tài)，故B正確；
C、設(shè)乙中水轉(zhuǎn)化了xmol，則

( 1+x 2 )4

( 1.5+x 2 )4

=K=16，則x=0.667，所以乙中水的轉(zhuǎn)化率為

0.667

1.5

×100%=44.4%，所以大于甲中轉(zhuǎn)化率33.3%，故C錯誤；
D、增加固體的量平衡不移動，所以水的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯誤；
故答案為：B；
（4）由于反應(yīng)前后氣體體積相等，所以C條件下，平衡不移動，氫氣的體積分?jǐn)?shù)與平衡是相同；A狀況下，反應(yīng)正向進行生成氫氣，反應(yīng)放出熱量使容器溫度升高，抑制反應(yīng)繼續(xù)生成氫氣，故氫氣體積分?jǐn)?shù)較低，B狀況下反應(yīng)逆向進行生成Fe和水，是吸熱過程，使容器溫度降低，抑制反應(yīng)繼續(xù)消耗氫氣，所以氫氣的體積分?jǐn)?shù)較高，故H₂的百分含量按由大到小的順序排列：B＞C＞A；
故答案為：B＞C＞A；
（5）已知Fe（OH）₃的Ksp=2.79×10^-39，而某FeCl₃溶液的pH為3，即c（H⁺）=10^-3mol/L，則c（OH^-）=10^-11mol/L，所以c（Fe³⁺）=

Ksp

c3(OH-)

=2.79×10^-6mol/L；
故答案為：2.79×10^-6．

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、蓋斯定律、平衡狀態(tài)的判斷、Ksp的計算等，題目綜合性較強，難度較大，側(cè)重于對有關(guān)原理應(yīng)用的考查．