Question

【題目】鐵在工業(yè)、農業(yè)和國防科技中有重要應用，我國已是生產鋼鐵最多的國家。回答下列問題：

(1) 工業(yè)上以磁鐵礦和焦炭為原料冶煉鐵存在以下變化：

①Fe3O4(s)+4C(s)=3Fe(s)+4CO(g) ΔH1=+678kJ·mol-1 ②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ·mol-1

③C(s) +O2(g)=CO(g) ΔH3=-110kJ·mol-1 ④Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) ΔH4

則ΔH4＝____kJ·mol-1。

(2)鐵礦石中常含有硫， 使高爐尾氣中混有SO2， 除去高爐尾氣中SO2 的物質是___。生產中發(fā)現(xiàn)， 無論怎么改變原料配比與條件， 在高爐尾氣中始終有CO， 原因是___。

(3)在溫度 aK時，反應Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g)的濃度平衡常數(shù)Kc＝16（用濃度計算所得），則用分壓（分壓等于總壓×體積分數(shù)）代替濃度算得的平衡常數(shù)Kp ___Kc（填 “大于”“小于” 或 “等于”）。平衡混合氣體中CO的體積分數(shù)為___（保留兩位有效數(shù)字）。

(4) aK 時，在體積為 2L 的密閉容器中，加入 Fe、 Fe3O4、 CO、 CO2各1.0mol，氣體的壓強為PkPa。

①此時，v 正(CO2) ___v 逆(CO)（填 “大于”“小于” 或 “等于”）， 反應經過5min后達到平衡， 該時間范圍內的平均反應速率 v(CO2)＝___mol/(L·min)（保留兩位有效數(shù)字）。

②已知：恒容條件下，相同分子數(shù)的氣體，其壓強與溫度成正比。平衡后溫度從 aK逐漸升高到3aK， 請在下圖中繪制出CO分壓（PCO的變化曲線）_______ 。

Answer 1

【答案】－14 堿液（氫氧化鈉溶液或氨水等） 高溫下冶煉鐵的反應是可逆反應，反應有限度（或反應要達到平衡），CO始終反應不完 等于 33% 大于 0.033或3.3×10-2

【解析】

（1）工業(yè)上以磁鐵礦和焦炭為原料冶煉鐵存在以下變化：①Fe3O4(s)+4C(s)=3Fe(s)+4CO(g) ΔH1=+678kJ·mol-1 ②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ·mol-1③C(s) +O2(g)=CO(g) ΔH3=-110kJ·mol-1 ，根據(jù)蓋斯定律：①+②×4-③×4得：④Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) ΔH4則ΔH4＝+678kJ·mol-1 +（-283kJ·mol-1）×4-（-110kJ·mol-1）×4=－14kJ·mol-1。

故答案為：－14；

（2）SO2是酸性氧化物，除去高爐尾氣中SO2 的物質是堿液（氫氧化鈉溶液或氨水等）。生產中發(fā)現(xiàn)，無論怎么改變原料配比與條件，在高爐尾氣中始終有CO，原因是高溫下冶煉鐵的反應是可逆反應，反應有限度（或反應要達到平衡），CO始終反應不完。故答案為：堿液（氫氧化鈉溶液或氨水等）；高溫下冶煉鐵的反應是可逆反應，反應有限度（或反應要達到平衡），CO始終反應不完；

（3）在溫度 aK時，反應Fe3O4(s)＋4CO(g)3Fe(s)＋4CO2(g)的濃度平衡常數(shù)Kc＝16（，因反應前后氣體的體積不變，則用分壓代替濃度算得的平衡常數(shù)Kp 等于Kc。

=16，x=，平衡混合氣體中CO的體積分數(shù)為=30%（保留兩位有效數(shù)字）。故答案為：等于；30%；

（4）aK 時，在體積為 2L 的密閉容器中，加入 Fe、 Fe3O4、 CO、 CO2各1.0mol，氣體的壓強為PkPa。

①此時，Qc= =1<16=K，反應正向進行，v 正(CO2) 大于v 逆(CO)， 反應經過5min后達到平衡，

K= =16，y= mol，該時間范圍內的平均反應速率 v(CO2)＝ =0.033或3.3×10-2mol/(L·min)（保留兩位有效數(shù)字）。故答案為：大于；0.033或3.3×10-2；

②恒容條件下，相同分子數(shù)的氣體，其壓強與溫度成正比。平衡后溫度從 aK逐漸升高到3aK，Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) ΔH4＝－14kJ·mol-1，反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CO的物質的量增大，CO的物質的量在（，1）區(qū)間，壓強在（p，3p）區(qū)間， CO分壓（PCO的變化曲線）如圖：。

故答案為：。