Question

11．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
已知1000℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=64，該溫度下降2mol CO，3mol CO₂和一定量的Fe₂O₃，F(xiàn)e加入10L恒容密閉容器中，10min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)．
（1）已知：②4Fe（s）+3O₂（g）?2Fe₂O₃（s）△H=-1647kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.8kJ•mol^-1
則反應(yīng)①的△H=-24.9kJ•mol^-1．
（2）寫出反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$．升高溫度，平衡常數(shù)減�。ㄌ睢霸龃蟆保�“減小”或“不變”）
（3）起始時反應(yīng)①正向進(jìn)行（選填“正向進(jìn)行”或“逆向進(jìn)行”）．欲使氣體反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，F(xiàn)e₂O₃（填“Fe₂O₃”或“Fe”）的物質(zhì)的量不能小于$\frac{1}{3}$．從反應(yīng)開始至平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率為0.01mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)①是反應(yīng)③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，可以根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)的焓變；
（2）平衡常數(shù)等于產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次方之積和反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方之積的比值，反應(yīng)平衡常數(shù)和溫度有關(guān)，對放熱反應(yīng)，升高溫度，K降低，對吸熱反應(yīng)，升高溫度，K升高；
（3）根據(jù)Qc和K的大小確定反應(yīng)的方向，根據(jù)平衡移動的影響因素以及化學(xué)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$來計算即可．

解答 解：（1）已知：②4Fe（s）+3O₂（g）?2Fe₂O₃（s）△H=-1647kJ•mol^-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.8kJ•mol^-1
反應(yīng)①是③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，所以①得焓變=（-282.8kJ•mol^-1）×3-（-1647kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-24.9kJ/mol，故答案為：-24.9；
（2）平衡常數(shù)等于產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次方之積和反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方之積的比值，反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達(dá)式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，反應(yīng)平衡常數(shù)和溫度有關(guān)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，K降低，故答案為：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；減�。�
（3）根據(jù)Qc=$\frac{0．{3}^{3}}{0．{2}^{3}}$=3.375＜K，所以化學(xué)反應(yīng)正向進(jìn)行，達(dá)到化學(xué)平衡時，設(shè)CO的變化濃度是y，氧化鐵的初始物質(zhì)的量是x，
         Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
初始濃度：0.2                0.3
變化濃度：y                  y
平衡濃度：0.2-y              0.3+y
$\frac{（0.3+y）^{3}}{（0.2-y）^{3}}$=64，解得y=0.1mol/L，要使得氣體反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大，則x＞0.1mol/L×10L×$\frac{1}{3}$，即其物質(zhì)的量則要大于$\frac{1}{3}$mol；
從反應(yīng)開始至平衡，CO₂的平均反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.1mol/L}{10min}$=0.01mol/（L•min），
故答案為：正向進(jìn)行；Fe₂O₃；$\frac{1}{3}$；0.01mol/（L•min）．

點評 本題綜合考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度不大．