Question

11．（1）25℃時(shí)，一定濃度的K₂Cr₂O₇溶液中存在下列平衡：Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O═2CrO₄^2-（黃色）+2H⁺ K=8.3×10^-15，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）•{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}$，取少量上述溶液兩等份，分別滴加濃硫酸和濃燒堿溶液，出現(xiàn)的現(xiàn)象依次是顯橙紅色，顯黃色．
（2）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)如下：

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

請回答下列問題：
①該反應(yīng)的△H＜0 （填“＞”“＜”或“=”），1150℃時(shí)，當(dāng)CO、CO₂濃度均為1.0mol/L時(shí)，化學(xué)平衡向（填“正向”、“逆向”或“不移動(dòng)”）正向移動(dòng)．
②在一個(gè)容積為10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應(yīng)經(jīng)過10min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）=0.006mol•L^-1•min^-1；CO的轉(zhuǎn)化率=60%．
③欲提高$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）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．提高反應(yīng)溫度       E．減小容器的容積      F．加入合適的催化劑．

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，水不需要寫出，據(jù)此書寫；加入NaOH，中和氫離子，氫離子濃度降低，平衡向右移動(dòng)；加入酸，H⁺濃度增大，平衡左移，Cr₂O₇^2-濃度增大；
（2）①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)；計(jì)算出濃度商，根據(jù)平衡常數(shù)判斷平衡移動(dòng)方向；
②設(shè)平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量濃度變化為c，利用三段式表示出平衡時(shí)CO、CO₂的物質(zhì)的量濃度，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c，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．

解答 解：（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，水不需要寫出，即該反應(yīng)的平衡常數(shù)為：K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）•{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}$；
加入NaOH，中和氫離子，氫離子濃度降低，平衡向右移動(dòng)，顯黃色；加入酸，H⁺濃度增大，平衡左移，Cr₂O₇^2-濃度增大，顯橙紅色，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）•{c}^{2}（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}{c（C{r}_{2}{{O}_{7}}^{2-}）}$；顯橙紅色，顯黃色；
（2）①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；
1150℃時(shí)，平衡常數(shù)K=3.7，當(dāng)CO、CO₂濃度均為1.0mol/L時(shí)，其濃度商Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=1＜3.7，說明生成物濃度較小，平衡正向著正向移動(dòng)，
故答案為：＜；正向；
②設(shè)平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量濃度變化為cmol/L，則
則：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.1                           0.1
變化（mol/L）：c                               c
平衡（mol/L）：0.1-c                         0.1+c
所以$\frac{0.1+c}{0.1-c}$=4，解得：c=0.06，
所以v（CO₂）=$\frac{0.06mol/L}{10min}$=0.006 mol•L^-1•min^-1；
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為：$\frac{0.06mol/L}{0.1mol/L}$×100%=60%，
故答案為：0.006 mol•L^-1•min^-1；60%；
③A．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．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．加入合適的催化劑，平衡不移動(dòng)，故F錯(cuò)誤；
故答案為：C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、化學(xué)平衡及其影響等知識(shí)，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的概念及表達(dá)式，試題培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)計(jì)算能力．