Question

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

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數	4.0	3.7	3.5

請回答下列問題：
（1）該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，△H＜（填＞、＜或=）；
（2）欲提高反應中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．加入合適的催化劑    E．增大容器的容積         F．提高反應溫度
（3）在一個容積為1L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各2.0mol，此時V_（正）＞V_（逆） （填“＞”“＜”或“=”），若反應經過5min后達到平衡．求該時間范圍內反應的平均反應速率：v （CO₂）=0.24mol•L^-1•min^-1CO的平衡轉化率=60%．

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數，不需要寫固體、純液體；
由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應；
（2）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據平衡移動原理分析；
（3）利用濃度商與該穩(wěn)定性的平衡常數的大小關系判斷平衡移動方向；設平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數計算n的值，進而計算CO₂的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再利用轉化率定義計算CO的轉化率．

解答 解：（1）反應$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；
由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故C正確；
D．加入合適的催化劑，平衡不移動，故D錯誤；
E．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故E錯誤；
F．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故F錯誤；
故選C；
（3）在一個容積為1L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各2.0mol，此時濃度商為：Q_c=$\frac{\frac{2.0}{1L}}{\frac{2.0}{1L}}$=1＜K=4，則此時平衡向著正向移動，V_（正）＞V_（逆）；
設平衡時CO的物質的量變化為nmol，則
 $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）          
開始（mol）：2                              2
變化（mol）：n                              2+n
平衡（mol）：2-n                           2+n
所以$\frac{\frac{2+n}{V}}{\frac{2-n}{V}}$=4，
解得：n=1.2，
所以v（CO₂）=$\frac{\frac{1.2mol}{1L}}{5min}$=0.24 mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡轉化率為：$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%，
故答案為：＞；0.24mol•L^-1•min^-1；60%．

點評 本題考查化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學反應速率計算、平衡常數、化學平衡及其影響等知識，注意掌握化學反應速率、化學平衡常數的概念及表達式，試題培養(yǎng)了學生的化學計算能力．