Question

合成氣（CO和H₂）是重要的化工原料，在工業(yè)生產中有著廣泛的應用．
（1）工業(yè)上用甲烷和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應制備合成氣（CO和H₂），4g甲烷完全反應吸收51.5KJ熱量，寫該反應的熱化學方程式

 

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（2）工業(yè)上常用合成氣來冶煉金屬，其中CO還原氧化鐵來冶煉生鐵方程式如下：
3CO（g）+Fe₂O₃（s）?3CO₂（g）+2Fe（s）△H＜0
①如果上述反應在體積不變的密閉容器中發(fā)生，當反應達到平衡時，

 

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A．容器中Fe₂O₃的質量不隨時間而變化           B．反應物不再轉化為生成物
C．n（CO）：n（CO₂）=1：1                  D．容器中氣體的壓強不隨時間而變化
②在一個容積為4L的密閉容器中，1000℃時加入4mol CO（g）和足量Fe₂O₃（s），反應2分鐘后達到平衡，測得此時容器內氣體的密度為40g/L，求該時間范圍內反應的平均反應速率υ（CO₂）=

 

、CO的平衡轉化率=

 

、該反應的化學平衡常數(shù)K=

 

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Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)題干條件計算4g甲烷物質的量，完全反應吸收51.5KJ熱量，結合反應產物寫出熱化學方程式，注意物質的聚集狀態(tài)和對應物質的量下的反應焓變計算；
（2）①依據(jù)化學平衡的標志分析判斷，實質是正逆反應速率相等；
②依據(jù)化學平衡的三段式列式計算；反應速率的概念、轉化率概念、化學平衡常數(shù)概念，的計算應用；

解答： 解：（1）4g甲烷完全反應吸收51.5KJ熱量，16g甲烷和水反應吸收熱量為206KJ；反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
（3）3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）△H＜0
①如果上述反應在體積不變的密閉容器中發(fā)生，當反應達到平衡時：
A、容器中Fe₂O₃的質量不隨時間而變化，說明反應達到平衡，故A符合；
B、平衡時，正逆反應都進行只是正反應速率和逆反應速率相同，故B不符合；
C、一氧化碳和二氧化碳的物質的量之比和起始量有關，n （CO）：n （CO₂）不一定為1：1，故C不符合；
D、反應是氣體體積不變的反應，平衡時容器中氣體的壓強不隨時間而變化，故D符合；
故答案為：AD；
②在一個容積為4L的密閉容器中，1000℃時加入4mol CO（g）和足量Fe₂O₃（s），反應2分鐘后達到平衡，測得此時容器內氣體的密度為40g/L，設反應的一氧化碳物質的量為x：
                  3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）
起始量（mol）     4                     0
變化量（mol）     x                     x
平衡量（mol）    4-x                    x
容器內氣體的密度為40g/L：

(4-x)×28g/mol+x×44g/mol

4

=40g/L計算得到x=3mol；
該時間范圍內反應的平均反應速率υ（CO₂）=

3mol 4L

2min

=0.375mol/L；
CO的平衡轉化率=

3mol

4mol

×100%=75%
該反應的化學平衡常數(shù)K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

( 3 4 )3

( 1 4 )3

=27；
故答案為：0.375mol/L；75%； 27．

點評：本題考查了熱化學方程式的書寫，化學平衡的特征分析，化學平衡的三段式計算，反應速率，轉化率，化學平衡常數(shù)的概念應用，題目難度中等．