Question

16．金屬鐵用途廣泛，高爐煉鐵的總反應為：Fe₂O₃ （s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g），請回答下列問題：
（1）已知：
3Fe₂O₃ （s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g），△H=-47kJ/mol
Fe₃O₄ （s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g），△H=-19kJ/mol
Fe₃O₄ （s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），△H=-11kJ/mol
則Fe₂O₃ （s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的）△H=-77kJ/mol．
（2）一定溫度下，上述反應的化學平衡常數(shù)為8.0，該溫度下將2molCO、2molFe₂O₃、6molCO₂、5molFe加入容積為2L的密閉容器中，此時反應將向正反應方向進行（填“正”或“逆”或“處于平衡狀態(tài)”），平衡時CO₂的濃度為3.55mol/L；反應達平衡后，若升高溫度，平衡常數(shù)K將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”“不變”）．
（3）為使反應速率加快，且使反應產(chǎn)率增大，以下條件可行的是C
A．升高溫度B．增加三氧化鐵的質(zhì)量C．催化劑+稍低溫度
D．用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳E．體積收縮增大壓強     F．體積恒定增加N₂
（4）上述總反應在高爐中大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度有關系如下表：

溫度	250℃600℃1000℃2000℃
主要成分	Fe2O3    Fe3O4  FeO  Fe

800℃時固體物質(zhì)的主要成分為Fe₃O₄、FeO，該溫度下若測得固體混合物中m（Fe）：m（O）=105：32，F(xiàn)e₃O₄被CO還原為FeO的百分率為85.7%（設其它固體雜質(zhì)中不含F(xiàn)e、O元素）．

Answer 1

分析 （1）①3Fe₂O₃ （s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g），△H=-47kJ/mol
②Fe₃O₄ （s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g），△H=-19kJ/mol
③Fe₃O₄ （s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），△H=-11kJ/mol
結合蓋斯定律可知，①+②+③可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）；
（2）將2molCO、2molFe₂O₃、6molCO₂、5molFe加入容積為2L的密閉容器中，Qc=$\frac{3mol/L}{1mol/L}$=3＜K=8.0，平衡正向移動，則
      Fe₂O₃ （s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
開始                      2                                 6
轉化                       x                                x
平衡                    2-x                                6+x
$\frac{6+x}{2-x}$=8，解得x=$\frac{10}{9}$mol，
結合焓變判斷溫度對平衡移動的影響；
（3）為使反應速率加快，且使反應產(chǎn)率增大，則加快反應速率同時使平衡正向移動；
（4）600℃生成Fe₃O₄，1000℃時生成FeO，800℃時固體物質(zhì)的主要成分為Fe₃O₄、FeO，設物質(zhì)的量分別為x、y，則m（Fe）：m（O）=105：32，則$\frac{3x+y}{4x+y}$=$\frac{\frac{105}{56}}{\frac{32}{16}}$，以此來解答．

解答 解：（1）①3Fe₂O₃ （s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g），△H=-47kJ/mol
②Fe₃O₄ （s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g），△H=-19kJ/mol
③Fe₃O₄ （s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），△H=-11kJ/mol
結合蓋斯定律可知，①+②+③可得：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g），△H=（-47kJ/mol）+（-19kJ/mol）+（-11kJ/mol）=-77kJ/mol，
故答案為：-77kJ/mol；
（2）將2molCO、2molFe₂O₃、6molCO₂、5molFe加入容積為2L的密閉容器中，Qc=$\frac{3mol/L}{1mol/L}$=3＜K=8.0，平衡正向移動，則
      Fe₂O₃ （s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
開始                      2                                 6
轉化                       x                                x
平衡                    2-x                                6+x
$\frac{6+x}{2-x}$=8，解得x=$\frac{10}{9}$mol，
平衡時CO₂的濃度為$\frac{6+\frac{10}{9}}{2}$mol/L=3.55mol/L，
該反應為放熱反應，反應達平衡后，若升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)K將減小，
故答案為：正；3.55mol/L；減��；
（3）A．升高溫度，平衡逆向移動，產(chǎn)率減小，故A不選；
B．增加三氧化鐵的質(zhì)量，平衡不移動，速率不變，故B不選；
C．催化劑+稍低溫度，催化劑加快反應速率，稍低溫度，平衡正向移動，產(chǎn)率增大，故C選；
D．用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，反應速率減小，故D不選；
E．體積收縮增大壓強，平衡不移動，故E不選；     
F．體積恒定增加N₂，速率不變，平衡不移動，故F不選；
故答案為：C；
（4）600℃生成Fe₃O₄，1000℃時生成FeO，800℃時固體物質(zhì)的主要成分為Fe₃O₄、FeO，設物質(zhì)的量分別為x、y，則m（Fe）：m（O）=105：32，則$\frac{3x+y}{4x+y}$=$\frac{\frac{105}{56}}{\frac{32}{16}}$，解得x：y=1：6，則Fe₃O₄被CO還原為FeO的百分率為$\frac{6}{1+6}$×100%=85.7%，
故答案為：Fe₃O₄、FeO；85.7%．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握蓋斯定律應用、平衡移動、平衡三段法計算為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．