Question

16．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為Fe₂O₃（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應(yīng)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(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$，△H＜（填“＞”“＜”或“=”）0．
（2）在一個(gè)容積為10L的密閉容器中，1 000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應(yīng)經(jīng)過10min后達(dá)到平衡．求該時(shí)間范圍內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.006 mol•L^-1•min^-1、CO的平衡轉(zhuǎn)化率=60%．
（3）欲提高（2）中CO的平衡轉(zhuǎn)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(yīng)溫度             E．減小容器的容積             F．加入合適的催化劑
（4）1000℃時(shí)，某時(shí)刻CO₂和CO的物質(zhì)的量濃度分別為0.2mol•L^-1和0.1mol•L^-1，則此時(shí)反應(yīng)是否達(dá)到平衡否（填“是”或“否”），V（正）＞V（逆）（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)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(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時(shí)CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計(jì)算n的值，進(jìn)而計(jì)算CO的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
（3）提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項(xiàng)根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；
（4）計(jì)算濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，正向進(jìn)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(yīng)為Fe₂O₃（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)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(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$；＜；
（2）令平衡時(shí)CO的物質(zhì)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(zhuǎn)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(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故A錯(cuò)誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
E．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，減小容器的容積，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故E錯(cuò)誤；
F．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，故F錯(cuò)誤；
故答案為：C；
（4）1000℃時(shí)，某時(shí)刻CO₂和CO的物質(zhì)的量濃度分別為0.2mol•L^-1和0.1mol•L^-1，則此時(shí)Qc=$\frac{C（C{O}_{2}）}{C（CO）}$=$\frac{0.2}{0.1}$=2＜4.0，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，未達(dá)到平衡，V（正）＞V（逆），
故答案為：否；＞．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式的書寫和平衡移動(dòng)的原理，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用：1、用來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，4、用來計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，題目難度中等．