Question

19．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應為：1/3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2/3Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應在不同溫度下的平衡常數如下：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數	4.0	3.7	3.5

（1）該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）在一個容積為5L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此時比較v（正）＞ v（逆） （填“＞”“=”“＜”），反應經過2min后達到平衡．求該時間范圍內反應的平均反應速率v（CO₂）=0.06mol．L^-1．min^-1，CO的平衡轉化率=60%；
（3）、欲提高（2）中CO的平衡轉化率，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）化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應；
（2）計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v（正）、v（逆）相對大��；
1000℃時時平衡常數K=4，由平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$可知，平衡時c（CO₂）=4c（CO），故平衡時n（CO₂）=4n（CO），由碳元素守恒可知n（CO₂）+n（CO）=2mol，聯(lián)立計算平衡時n（CO₂）、n（CO），再根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），轉化率=$\frac{物質的量變化量}{起始物質的量}$×100%；
（3）欲提高（2）中CO的平衡轉化率，改變條件應使平衡正向移動．

解答 解：（1）$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；
由表中數據可知，隨溫度升高平衡常數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，則△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）此時濃度商Qc=$\frac{\frac{1}{5}}{\frac{1}{5}}$=1＜K=4，反應向正反應進行，則v（正）＞v（逆）；
1000℃時時平衡常數K=4，由平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$可知，平衡時c（CO₂）=4c（CO），故平衡時n（CO₂）=4n（CO），由碳元素守恒可知n（CO₂）+n（CO）=2mol，聯(lián)立可得n（CO₂）=1.6mol、n（CO）=0.4mol，則v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol-1mol}{5L}}{2min}$=0.06mol．L^-1．min^-1，轉化的CO為1mol-0.4mol=0.6mol，故CO轉化率=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：0.06mol．L^-1．min^-1；60%；
（3）A．Fe為固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO轉化率不變，故A錯誤；
B．Fe₂O₃為固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO轉化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，生成物濃度降低，平衡正向移動，CO轉化率增大，故C正確；
D．正反應為放熱反應，提高反應溫度，平衡逆向移動，CO轉化率減小，故D錯誤；
E．減小容器的容積，壓強增大，反應前后氣體體積不變，平衡不移動，CO轉化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，可以加快反應速率，不影響平衡移動，CO轉化率不變，故F錯誤，
故選：C．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數及其應用，難度不大，（2）注意對平衡常數的理解與靈活應用．