Question

【題目】鐵及其化合物在日常生活、生產中應用廣泛，研究鐵及其化合物的應用意義重大．回答下列問題：

（1）已知高爐煉鐵過程中會發生如下反應：

FeO(s)+CO(g)═Fe(s)+CO2(g)△H1

Fe2O3(s)+CO(g)═Fe3O4(s)+CO2(g)△H2

Fe3O4(s)+CO(g)═3Fe(s)+CO2(g)H3

Fe2O3(s)+CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)H4

則△H4的表達式為__________(用含△H1、△H2、△H3的代數式表示)．

（2）上述反應在高爐中大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度的關系如下：

溫度	250℃	600℃	1000℃	2000℃
主要成分	Fe2O3	Fe3O4	FeO	Fe

1600℃時固體物質的主要成分為__________，該溫度下若測得固體混合物中m(Fe):m(O)=35:2，則FeO被CO還原為Fe的百分率為__________(設其它固體雜質中不含Fe、O元素)．

（3）鐵等金屬可用作CO與氫氣反應的催化劑．已知某種催化劑可用來催化反應CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H＜0．在T℃，106Pa時將lmolCO和3molH2加入體積可變的密閉容器中．實驗測得CO的體積分數x(CO)如下表：

t/min	0	10	20	30	40	50
x(CO)	0.25	0.23	0.214	0.202	0.193	0.193

①能判斷CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)達到平衡的是__________(填序號)．

a．容器內壓強不再發生變化 b．混合氣體的密度不再發生變化

c．v正(CO)=3v逆(H2) d．混合氣體的平均相對分子質量不再發生變化

②達到平衡時CO的轉化率為__________；在T℃106Pa時該反應的壓強平衡常數Kp(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)的計算式為__________；

③圖表示該反應CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系．圖中溫度T1、T2、T3由高到低的順序是__________，理由是__________。

Answer 1

【答案】（1）△H2+△H3 ；（2）FeO和Fe；80%；（3）①bd；②37.1%；；③T3＞T2＞T1；正反應放熱，在相同壓強下，溫度降低，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率升高

【解析】

試題分析：（1）已知反應：Fe2O3(s)+CO(g)═Fe3O4(s)+CO2(g)△H2 ②Fe3O4(s)+4CO(g)═3Fe(s)+4CO2(g)△H3 ③，根據蓋斯定律，將所給的反應②+③×可得：Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)，故△H4=△H2+△H3 ，故答案為：△H2+△H3 ；

（2）根據當1000℃時為FeO，在2000℃時為Fe，故在1600℃時固體物質的主要成分為FeO和Fe的混合物；設混合物中FeO的物質的量為xmol，Fe的物質的量為ymol，則有：=，即可求的x:y=1:4，故剩余的FeO和被還原為鐵的FeO的物質的量之比為1:4，則可知被還原的FeO的百分比為×100%=80%，故答案為：FeO和Fe；80%；

（3）①a．由于此容器是個體積可變的容器，故為恒容的容器，則容器內壓強一直不變，故不能作為反應達平衡的標志，故a錯誤；b．此反應在平衡前，氣體的質量不變，但體積變小，故密度變大，故當混合氣體的密度不再發生變化時能說明反應達平衡，故b正確；c．反應達平衡的根本標志是v正=v逆，所以3v正(CO)=v逆(H2)，故c錯誤；d．在反應達平衡之前，混合氣體的質量不變，但物質的量變小，故混合氣體的平均相對分子質量在變小，故當不變時能說明反應達平衡，故d正確。故選bd；

②設反應達平衡時CO轉化了xmol，則根據三段式可知：

CO(g) + 3H2(g)CH4(g)+H2O(g)

初始(n): 1mol 3mol 0 0

△n: xmol 3xmol xmol xmol

平衡(n): (1-x)mol (3-3x)mol xmol xmol

結合平衡時CO的體積分數為0.193可知：=0.193，解得x=0.371，故達到平衡時CO的轉化率為=×100%＝37.1%；在T℃106Pa時該反應的壓強平衡常數Kp==，故答案為：37.1%；；

③反應CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H＜0，溫度越高，則平衡左移，CO的平衡轉化率越低，根據圖象可知，溫度T3＞T2＞T1，故答案為：T3＞T2＞T1；正反應放熱，在相同壓強下，溫度降低，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率越高。