Question

18．運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究氮、氧等單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)有重要意義．
（1）已知：$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
則反應(yīng)O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s）的△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$（用K₁、K₂、K₃表示）
（2）一定條件下，鐵可以和CO₂發(fā)生反應(yīng)：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知該反應(yīng)的平衡常數(shù)K 與溫度T 的關(guān)系如圖甲所示．

①T℃、p Pa壓強(qiáng)下的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是ad．
a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
b．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化
c．v_正（CO₂）=v_逆 （FeO）
d．CO₂的體積分?jǐn)?shù)不再變化
②T₁溫度下，向體積為VL的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，達(dá)到平衡時(shí)則CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為50%；反應(yīng)過程中體系的能量增多（增多或降低）
③T₂溫度下，恒容密閉容器中，反應(yīng)過程中測(cè)定CO和CO₂物質(zhì)的量與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示．則T₁＞T₂（填＞、＜或=），CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率為66.7%，平衡時(shí)混合氣體的密度與起始時(shí)氣體的密度之比為25：33．

Answer 1

分析 （1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根據(jù)蓋斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），據(jù)此計(jì)算；
（2）①當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)），各物質(zhì)的濃度、含量不再改變，以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
②T₁溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為1，結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$×100%計(jì)算；反應(yīng)放熱，體系能量增多；
③計(jì)算T₂溫度下的K，與T₁的K比較可得，結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化量}{起始量}$×100%計(jì)算轉(zhuǎn)化率，平衡時(shí)混合氣體的密度與起始時(shí)氣體的密度之比為氣體摩爾質(zhì)量之比．

解答 解：（1）已知：①$\frac{1}{2}$O₂（g）═$\frac{1}{2}$O₂⁺（g）+$\frac{1}{2}$e-△H₁=+587.9kJ/mol    K₁
②PtF₆（g）+e^-═PtF₆^-（g）△H₂=-771.1kJ/mol   K₂
③O₂⁺PtF₆^-（s）═O₂⁺（g）+PtF₆^-（g）△H₃=+482.2kJ/mol  K₃
根據(jù)蓋斯定律：①×2÷②-③可得O₂（g）+PtF₆（g）═O₂⁺PtF₆^-（s），△H=-77.5kJ/mol，K=$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
故答案為：-77.5kJ/mol；$\frac{{{K}_{1}}^{2}•{K}_{2}}{{K}_{3}}$；
（2）①Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反應(yīng)前后是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，
a、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，a正確；
b、反應(yīng)前后氣體體積不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不發(fā)生變化，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c、氧化亞鐵是固體，不能表示反應(yīng)速率，故c錯(cuò)誤；
d、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CO₂的量減少，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)不再變化達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：ad；
②T₁溫度下，向體積為V L的密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂，平衡常數(shù)為1，設(shè)二氧化碳起始量為x，變化量為y，
        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           x                0
變化量           y                y
平衡量         x-y                y
平衡常數(shù)K=$\frac{y÷V}{（x-y）÷V}$=1，解得$\frac{y}{x}$=0.5=50%；反應(yīng)放熱，反應(yīng)過程體系能量增多；
故答案為：50%；增多；
③根據(jù)圖乙，設(shè)反應(yīng)容器容積為V L，則K₂=$\frac{2÷V}{1÷V}$=2，反應(yīng)放熱，化學(xué)平衡常數(shù)增大，說明反應(yīng)溫度降低，T₁＞T₂；T₂溫度下，設(shè)反應(yīng)容器容積為V L，平衡常數(shù)為2，設(shè)二氧化碳起始量為a，變化量為b，
                   Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量          a                0
變化量           b               b
平衡量         a-b               b
平衡常數(shù)K=$\frac{b÷V}{（a-b）÷V}$=2，解得：$\frac{a}$=$\frac{2}{3}$=66.7%；平衡時(shí)混合氣體的密度與起始時(shí)氣體的密度之比為氣體摩爾質(zhì)量之比$\frac{44（a-b）+28b}{a}$：44=25：33；
故答案為：＞； 66.7%； 25：33．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡圖象分析，影響因素判斷，熱化學(xué)方程式書寫，混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度中等，涉及焓變、反應(yīng)熱、物質(zhì)的量的計(jì)算，試題計(jì)算量較大，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力，明確發(fā)生反應(yīng)的原理為解答關(guān)鍵．