Question

11．高炉炼铁过程中发生的主要反应为：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H
已知1000℃时该反应的平衡常数K=64，该温度下降2mol CO，3mol CO₂和一定量的Fe₂O₃，Fe加入10L恒容密闭容器中，10min后反应达到平衡状态．
（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
则反应①的△H=-24.9kJ•mol^-1．
（2）写出反应①的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$．升高温度，平衡常数减小（填“增大”，“减小”或“不变”）
（3）起始时反应①正向进行（选填“正向进行”或“逆向进行”）．欲使气体反应物的转化率达到最大，Fe₂O₃（填“Fe₂O₃”或“Fe”）的物质的量不能小于$\frac{1}{3}$．从反应开始至平衡，CO₂的平均反应速率为0.01mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）反应①是反应③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，可以根据盖斯定律计算反应的焓变；
（2）平衡常数等于产物平衡浓度系数次方之积和反应物平衡浓度系数次方之积的比值，反应平衡常数和温度有关，对放热反应，升高温度，K降低，对吸热反应，升高温度，K升高；
（3）根据Qc和K的大小确定反应的方向，根据平衡移动的影响因素以及化学反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算即可．

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
反应①是③×3-②×$\frac{1}{2}$得到的，所以①得焓变=（-282.8kJ•mol^-1）×3-（-1647kJ•mol^-1）×$\frac{1}{2}$=-24.9kJ/mol，故答案为：-24.9；
（2）平衡常数等于产物平衡浓度系数次方之积和反应物平衡浓度系数次方之积的比值，反应①的平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，反应平衡常数和温度有关，该反应是放热反应，升高温度，K降低，故答案为：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$；减小；
（3）根据Qc=$\frac{0．{3}^{3}}{0．{2}^{3}}$=3.375＜K，所以化学反应正向进行，达到化学平衡时，设CO的变化浓度是y，氧化铁的初始物质的量是x，
         Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
初始浓度：0.2                0.3
变化浓度：y                  y
平衡浓度：0.2-y              0.3+y
$\frac{（0.3+y）^{3}}{（0.2-y）^{3}}$=64，解得y=0.1mol/L，要使得气体反应物的转化率达到最大，则x＞0.1mol/L×10L×$\frac{1}{3}$，即其物质的量则要大于$\frac{1}{3}$mol；
从反应开始至平衡，CO₂的平均反应速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.1mol/L}{10min}$=0.01mol/（L•min），
故答案为：正向进行；Fe₂O₃；$\frac{1}{3}$；0.01mol/（L•min）．

点评 本题综合考查盖斯定律的应用、化学反应速率和平衡的计算等知识，属于综合知识的考查，难度不大．