Question

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

（1）已知高爐煉鐵過程中會發(fā)生如下反應(yīng)：

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(shù)式表示)．

（2）上述反應(yīng)在高爐中大致分為三個階段，各階段主要成分與溫度的關(guān)系如下：

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

1600℃時固體物質(zhì)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(shè)其它固體雜質(zhì)中不含Fe、O元素)．

（3）鐵等金屬可用作CO與氫氣反應(yīng)的催化劑．已知某種催化劑可用來催化反應(yīng)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(shù)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(nèi)壓強不再發(fā)生變化 b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

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

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

③圖表示該反應(yīng)CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)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(yīng)放熱，在相同壓強下，溫度降低，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率升高

【解析】

試題分析：（1）已知反應(yīng)：Fe2O3(s)+CO(g)═Fe3O4(s)+CO2(g)△H2 ②Fe3O4(s)+4CO(g)═3Fe(s)+4CO2(g)△H3 ③，根據(jù)蓋斯定律，將所給的反應(yīng)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(jù)當(dāng)1000℃時為FeO，在2000℃時為Fe，故在1600℃時固體物質(zhì)的主要成分為FeO和Fe的混合物；設(shè)混合物中FeO的物質(zhì)的量為xmol，Fe的物質(zhì)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(zhì)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(nèi)壓強一直不變，故不能作為反應(yīng)達平衡的標志，故a錯誤；b．此反應(yīng)在平衡前，氣體的質(zhì)量不變，但體積變小，故密度變大，故當(dāng)混合氣體的密度不再發(fā)生變化時能說明反應(yīng)達平衡，故b正確；c．反應(yīng)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(yīng)達平衡之前，混合氣體的質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量變小，故混合氣體的平均相對分子質(zhì)量在變小，故當(dāng)不變時能說明反應(yīng)達平衡，故d正確。故選bd；

②設(shè)反應(yīng)達平衡時CO轉(zhuǎn)化了xmol，則根據(jù)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(jié)合平衡時CO的體積分數(shù)為0.193可知：=0.193，解得x=0.371，故達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為=×100%＝37.1%；在T℃106Pa時該反應(yīng)的壓強平衡常數(shù)Kp==，故答案為：37.1%；；

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