Question

一定条件下铁可以和CO₂发生反应Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)  该反应为吸热反应。一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂气体，反应过程中CO₂气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。

(1)t₁时，正、逆反应速率的大小关系为ν_正______ν_逆(填“>”“<”或“=”)；

(2)4分钟内，CO₂的转化率为__________；CO的平均反应速率v(CO)＝_________；

(3)下列条件的改变能减慢其反应速率的是______________(选填序号)

①降低温度                         ②减少铁粉的质量

③保持压强不变，充入He使容器的体积增大

④保持体积不变，充入He使体系压强增大

(4)下列描述能说明上述反应已达平衡的是__________________(选填序号)

①v(CO₂)＝v(CO)

②单位时间内生成n molCO₂的同时生成n mol CO

③ 容器中气体压强不随时间而变化

④容器中气体的平均分子量不随时间而变化

Answer

> 71.4％ 0.125mol·L-1·min-1 ①③ ②④

【解析】

(1)t1后，CO、CO2浓度变化特点判断正、逆反应速率的大小；

(2)根据转化率=×100%计算CO2的平衡转化率；利用速率定义式计算v(CO)；

(3)根据影响化学反应速率的因素有浓度、温度、压强、催化剂、固体表面积大小等分析；

(4)可逆反应达到平衡时，任何一组分的物质的量、浓度不变，物质的含量不变，反应速率不变，据此分析解答。

(1)关键图象可知：在t1后，CO浓度增大、CO2浓度减小，说明反应未达到平衡，正向进行，因此V正>V逆；

(2)根据图象可知：在反应开始时加入了CO2浓度是0.7mol/L，平衡时CO2浓度是0.2mol/L，反应转化的浓度是0.5mol/L，所以CO2在4分钟内，达到平衡时的转化率为×100%=×100%=71.4％；根据化学反应速率的定义式可知在4分钟内CO的平均反应速率v(CO)==0.125mol·L-1·min-1；

(3)①降低温度，物质的内能降低，活化分子数减小，有效碰撞次数减少，化学反应速率降低，①符合题意；

②由于固体的浓度不变，所以减少铁粉的质量，物质的反应速率不变，②不符合题意；

③保持压强不变，充入He使容器的体积增大，反应体系是物质浓度降低，单位体积内活化分子数减少，有效碰撞次数减少，化学反应速率降低，③符合题意；

④保持体积不变，充入He使体系压强增大，由于体系内的物质浓度不变，所以化学反应速率不变，④不符合题意；

故合理选项是①③；

(4)①未指明反应是正向还是逆向进行，因此不能判断是否为平衡状态，①错误；

②单位时间内生成n molCO2的同时必然会消耗nmolCO，又生成n mol CO，则CO的物质的量不变，反应达到平衡状态，②正确；

③该反应是反应前后气体体积不变的反应，任何条件下体系的压强都不变，因此不能据此判断反应是否为平衡状态，③错误；

④反应前后气体的体积不变，而气体的质量会发生变化，则气体的摩尔质量会发生变化，由于摩尔质量当以g/mol为单位时，数值上等于物质的相对分子质量，所以若容器中气体的平均分子量不随时间而变化，则反应达到平衡状态，④正确；

故合理选项是②④。