Question

铁在工业、农业和国防科技中有重要应用，我国已是生产钢铁最多的国家。回答下列问题：

(1) 工业上以磁铁矿和焦炭为原料冶炼铁存在以下变化：

①Fe₃O₄(s)+4C(s)=3Fe(s)+4CO(g)   ΔH₁=+678kJ·mol^-1 ②CO(g)+O₂(g)=CO₂(g)  ΔH₂=-283kJ·mol^-1

③C(s) +O₂(g)=CO(g)  ΔH₃=-110kJ·mol^-1 ④Fe₃O₄(s)+4CO(g)⇌3Fe(s)+4CO₂(g) ΔH₄

则ΔH₄＝____kJ·mol^-1。

(2)铁矿石中常含有硫， 使高炉尾气中混有SO₂， 除去高炉尾气中SO₂ 的物质是___。生产中发现， 无论怎么改变原料配比与条件， 在高炉尾气中始终有CO， 原因是___。

(3)在温度 aK时，反应Fe₃O₄(s)＋4CO(g)⇌3Fe(s)＋4CO₂(g)的浓度平衡常数K_c＝16（用浓度计算所得），则用分压（分压等于总压×体积分数）代替浓度算得的平衡常数K_p ___K_c（填 “大于”“小于” 或 “等于”）。平衡混合气体中CO的体积分数为___（保留两位有效数字）。

(4) aK 时，在体积为 2L 的密闭容器中，加入 Fe、 Fe₃O₄、 CO、 CO₂各1.0mol，气体的压强为PkPa。

①此时，v _正(CO₂) ___v _逆(CO)（填 “大于”“小于” 或 “等于”）， 反应经过5min后达到平衡， 该时间范围内的平均反应速率 v(CO₂)＝___mol/(L·min)（保留两位有效数字）。

②已知：恒容条件下，相同分子数的气体，其压强与温度成正比。平衡后温度从 aK逐渐升高到3aK， 请在下图中绘制出CO分压（P_CO的变化曲线）_______ 。

Answer

－14 碱液（氢氧化钠溶液或氨水等） 高温下冶炼铁的反应是可逆反应，反应有限度（或反应要达到平衡），CO始终反应不完 等于 33% 大于 0.033或3.3×10-2

【解析】

（1）工业上以磁铁矿和焦炭为原料冶炼铁存在以下变化：①Fe3O4(s)+4C(s)=3Fe(s)+4CO(g) ΔH1=+678kJ·mol-1 ②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-283kJ·mol-1③C(s) +O2(g)=CO(g) ΔH3=-110kJ·mol-1 ，根据盖斯定律：①+②×4-③×4得：④Fe3O4(s)+4CO(g)⇌3Fe(s)+4CO2(g) ΔH4则ΔH4＝+678kJ·mol-1 +（-283kJ·mol-1）×4-（-110kJ·mol-1）×4=－14kJ·mol-1。

故答案为：－14；

（2）SO2是酸性氧化物，除去高炉尾气中SO2 的物质是碱液（氢氧化钠溶液或氨水等）。生产中发现，无论怎么改变原料配比与条件，在高炉尾气中始终有CO，原因是高温下冶炼铁的反应是可逆反应，反应有限度（或反应要达到平衡），CO始终反应不完。故答案为：碱液（氢氧化钠溶液或氨水等）；高温下冶炼铁的反应是可逆反应，反应有限度（或反应要达到平衡），CO始终反应不完；

（3）在温度 aK时，反应Fe3O4(s)＋4CO(g)⇌3Fe(s)＋4CO2(g)的浓度平衡常数Kc＝16（，因反应前后气体的体积不变，则用分压代替浓度算得的平衡常数Kp 等于Kc。

=16，x=，平衡混合气体中CO的体积分数为=30%（保留两位有效数字）。故答案为：等于；30%；

（4）aK 时，在体积为 2L 的密闭容器中，加入 Fe、 Fe3O4、 CO、 CO2各1.0mol，气体的压强为PkPa。

①此时，Qc= =1<16=K，反应正向进行，v 正(CO2) 大于v 逆(CO)， 反应经过5min后达到平衡，

K= =16，y= mol，该时间范围内的平均反应速率 v(CO2)＝ =0.033或3.3×10-2mol/(L·min)（保留两位有效数字）。故答案为：大于；0.033或3.3×10-2；

②恒容条件下，相同分子数的气体，其压强与温度成正比。平衡后温度从 aK逐渐升高到3aK，Fe3O4(s)+4CO(g)⇌3Fe(s)+4CO2(g) ΔH4＝－14kJ·mol-1，反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的物质的量增大，CO的物质的量在（，1）区间，压强在（p，3p）区间， CO分压（PCO的变化曲线）如图：。

故答案为：。