Question

金属铁用途广泛,高炉炼铁的总反应为:Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g),请回答下列问题:

（1）一定温度下,在体积固定的密闭容器中发生上述反应,可以判断该反应已经达到平衡的是___________

A.密闭容器中总压强不变

B.密闭容器中混合气体的平均摩尔质量不变

C.密闭容器中混合气体的密度不变

D.c(CO)=c(CO₂)

E.Fe₂O₃的质量不再变化

（2）一定温度下,上述反应的化学平衡常数为3.0,该温度下将4molCO、2molFe₂O₃、6molCO₂、5molFe加入容积为2L的密闭容器中,此时反应将向________________反应方向进行(填“正”或“逆”或“处于平衡状态”);反应达平衡后,若升高温度,CO与CO₂的体积比增大,则正反应为______________反应(填“吸热”或“放热”)。

（3）已知:3Fe₂O₃(s)+CO(g)2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)  △H=–47kJ/mol

Fe₃O₄(s)+CO(g)3FeO(s)+CO₂(g) △H=+19kJ/mol

FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO₂(g)   △H=–11kJ/mol

则Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)的 △H=________________。

Answer

BCE 逆 放热 -25kJ/mol

【解析】

(1)A.利用相同条件下，压强之比等于气体物质的量之比进行分析；

B.利用摩尔质量的定义进行分析；

C.利用密度的定义进行分析；、

D.利用平衡状态的定义进行分析和判断；

E.根据化学平衡状态的定义进行分析和判断；

(2)利用Q和K的关系进行分析和判断；

(3)利用盖斯定律进行分析和计算；

(1)A. 相同条件下，气体压强之比等于气体物质的量之比，Fe2O3、Fe为固体，CO和CO2为气体，且反应前后气体系数之和相等，因此反应任何时刻，压强都是相等，因此密闭容器中总压强不变，不能说明反应达到平衡，故A不符合题意；

B. 根据M=,反应前后气体系数之和相等，即气体物质的量始终不变，根据反应方程式，向正反应方向进行，气体质量增大，因此当气体平均摩尔质量不变，说明该反应达到平衡，故B符合题意；

C. 根据密度的定义，容器为体积不变，即气体体积保持不变，根据B选项分析，气体质量发生变化，即当气体密度保持不变，说明该反应达到平衡，故C符合题意；

D. 根据化学平衡状态的定义，平衡时各组分的浓度保持不变，但c(CO)=c(CO2)，不能作为达到平衡的标志，故D不符合题意；

E. Fe2O3为反应物，随着反应进行，氧化铁的质量逐渐减小，当氧化铁的质量不再变化，说明该反应达到平衡，故E符合题意；

(2)Fe2O3、Fe为固体，因此该反应化学平衡常数的表达式为K=,该温度下将4molCO、2molFe2O3、6molCO2、5molFe加入容积为2L的密闭容器中，判断反应进行的方向，需要根据Q和K之间的关系进行判断，Q=>K=3,该反应向逆反应方向进行；升高温度，CO与CO2的体积比增大，说明平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应；

(3) 3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) △H=–47kJ/mol ①

Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g) △H=+19kJ/mol ②

FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H=–11kJ/mol ③

根据目标反应方程式以及盖斯定律可知，，△H=－25kJ/mol。