Question

5．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如表：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

請(qǐng)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=）；
（2）欲提高反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是C；
A．減少Fe的量         B．增加Fe₂O₃的量        C．移出部分CO₂
D．加入合適的催化劑    E．增大容器的容積         F．提高反應(yīng)溫度
（3）在一個(gè)容積為1L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各2.0mol，此時(shí)V_（正）＞V_（逆） （填“＞”“＜”或“=”），若反應(yīng)經(jīng)過5min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）=0.24mol•L^-1•min^-1CO的平衡轉(zhuǎn)化率=60%．

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）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；
（3）利用濃度商與該穩(wěn)定性的平衡常數(shù)的大小關(guān)系判斷平衡移動(dòng)方向；設(shè)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CO₂的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）反應(yīng)$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數(shù)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）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．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，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．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F錯(cuò)誤；
故選C；
（3）在一個(gè)容積為1L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各2.0mol，此時(shí)濃度商為：Q_c=$\frac{\frac{2.0}{1L}}{\frac{2.0}{1L}}$=1＜K=4，則此時(shí)平衡向著正向移動(dòng)，V_（正）＞V_（逆）；
設(shè)平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則
 $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）          
開始（mol）：2                              2
變化（mol）：n                              2+n
平衡（mol）：2-n                           2+n
所以$\frac{\frac{2+n}{V}}{\frac{2-n}{V}}$=4，
解得：n=1.2，
所以v（CO₂）=$\frac{\frac{1.2mol}{1L}}{5min}$=0.24 mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案為：＞；0.24mol•L^-1•min^-1；60%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，涉及化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡及其影響等知識(shí)，注意掌握化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式，試題培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)計(jì)算能力．