Question

16．據(jù)報道，一定條件下 Fe₂O₃可被甲烷還原為“納米級”的金屬鐵．其反應為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）
（1）反應在5L的密閉容器中進行，2min 后達到平衡，測得 Fe₂O₃在反應中質量減少 4.8g．則該段時間內H₂的平均反應速率為0.018mol•（L•min）^-1；
（2）將固定質量的 Fe₂O₃（s）和 CH₄（g）置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應，能表明該反應達到平衡狀態(tài)的是BCD；
A．CH₄的轉化率等于 CO的產率            B．混合氣體的平均相對分子質量不變
C．v 正（CO）：v 逆（H₂）=1：2              D．固體的總質量不變
（3）FeO 可用CO進行還原，已知：t℃時，F(xiàn)eO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）    K=0.5
若在 1L密閉容器中加入0.04mol FeO（s），并通入 x mol CO，t℃時反應達到平衡．此時FeO（s）的轉化率為 50%，則x=0.06．
（4）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），c（CO₂）隨反應時間t變化如圖中曲線Ⅰ所示．若在t₀時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ．當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是加入催化劑．當通過改變壓強使曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，曲線Ⅲ達到平衡時容器的體積為2L．

Answer 1

分析 （1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根據(jù)方程式知，有0.03mol氧化鐵參加反應時有0.18mol氫氣生成，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算該段時間內氫氣平均反應速率；
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，該物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（4）參加反應的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根據(jù)方程式知，參加反應的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，據(jù)此計算x值；
（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態(tài)，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；曲線I變?yōu)榍�線III時，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L．

解答 解：（1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根據(jù)方程式知，有0.03mol氧化鐵參加反應時有0.18mol氫氣生成，v（H₂）=$\frac{\frac{0.18mol}{5L}}{2min}$=0.018mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.018mol•（L•min）^-1；
（2）A．CH₄的轉化率等于CO的產率時，該反應不一定達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．混合氣體的平均相對分子質量不變時，各物質的物質的量不變，該反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2時，同一物質的正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．固體的總質量不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BCD；
（3）參加反應的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根據(jù)方程式知，參加反應的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，x=0.06，
故答案為：0.06；
（4）分析圖象知t₀時刻改變一個條件，曲線I變?yōu)榍�線II，一氧化碳的平衡濃度沒有變化而達平衡的時間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體物質的量不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變?yōu)榍�線III時，一氧化碳的濃度由0.3mol/L變?yōu)?.45mol/L，容器的體積由3L變?yōu)?L．
故答案為：加入催化劑；2．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡狀態(tài)判斷等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，只有反應前后改變的物理量不變時可逆反應就達到平衡狀態(tài)，會化學平衡常數(shù)的有關計算，題目難度不大．