Question

9．高爐煉鐵過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）．已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)列于表中：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	64.0	50.653	42.875

（1）寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$．
（2）在一個(gè)容積為10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe₂O₃、CO各1.0mol，反應(yīng)經(jīng)過(guò)l0min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υ（CO₂）=0.008mol•L^-1•min^-1；平衡時(shí)，c（CO）=0.02mol/L．
（3）欲提高（2）中CO的反應(yīng)速率，可采取的措施是DEF．
A．減少Fe的量     B．增加Fe₂O₃的量     C．移出部分CO₂
D．提高反應(yīng)溫度    E．減小容器的體積     F．加入合適的催化劑
（4）在1L的密閉容器中，1300℃條件，下列達(dá)平衡狀態(tài)的是A．

	A	B	C	D
n（Fe2O3）	0.350	0.027	0.080	0.080
n（CO）	0.010	0.010	0.010	0.050
n（Fe）	0.100	0.064	0.080	0.080
n（CO2）	0.035	0.088	0.040	0.050

（5）鐵是國(guó)家的工業(yè)基礎(chǔ)，下列哪些裝置可防止鐵棒被腐蝕BD．

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；
（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的反應(yīng)速率，可以升溫、加壓、使用催化劑，據(jù)此分析；
（4）化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算各狀態(tài)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，據(jù)此判斷；
（5）根據(jù)金屬生銹的條件以及原電池和電解池的工作原理知識(shí)來(lái)回答判斷．

解答 解：（1）反應(yīng)Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$，
故答案為：$\frac{[C{O}_{2}]^{3}}{[CO]^{3}}$；
（2）令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則
 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
開(kāi)始（mol）：1                 0
變化（mol）：n                 n
平衡（mol）：1-n               n
所以$\frac{{n}^{3}}{（1-n）^{3}}$=64，解得n=0.8，
所以n（CO）=$\frac{\frac{0.8mol}{10L}}{10min}$=0.008 mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡濃度為 0.02mol/L，
故答案為：0.008 mol•L^-1•min^-1； 0.02mol/L；
（3）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響反應(yīng)速率，故B錯(cuò)誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的反應(yīng)速率逐漸減慢，故C錯(cuò)誤；
D．升溫，正逆反應(yīng)速率都增大，故D正確；
E．減小容器的容積，增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率加快，故E正確；
F．加入合適的催化劑，反應(yīng)速率加快，故F正確；
故答案為：DEF；
（4）A、濃度商Qc=$\frac{0.03{5}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=42.875，等于平衡常數(shù)，故處于平衡狀態(tài)，故A符合；
B、濃度商Qc=$\frac{0.8{8}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=681472，大于平衡常數(shù)42.875，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故B不符合；
C、濃度商Qc=$\frac{0.0{4}^{3}}{0.0{1}^{3}}$=64，大于平衡常數(shù)42.875，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故C不符合；
D、濃度商Qc=$\frac{0.0{5}^{3}}{0.0{5}^{3}}$=1，小于平衡常數(shù)42.875，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故D不符合；
故答案為：A；
（5）B裝置中，金屬鐵做原電池的正極，被保護(hù)，不易生銹，D裝置中，金屬鐵作陰極，被保護(hù)起來(lái)，C裝置具備金屬生銹的條件，A裝置中，金屬鐵是原電池的負(fù)極，易被腐蝕，
故答案為：BD．

點(diǎn)評(píng) 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)、金屬腐蝕等，難度中等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用：1、用來(lái)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(lái)計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率．