Question

铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛，研究铁及其化合物的应用意义重大．回答下列问题：

(1)已知高炉炼铁过程中会发生如下反应：

FeO(s)+ CO(g)═Fe(s)+CO₂(g)△H₁

Fe₂O₃(s)+1/3CO(g)═ 2/3Fe₃O₄(s)+ 1/3 CO₂(g)△H₂

Fe₃O₄(s)+ CO(g)═3Fe(s)+CO₂(g)△H₃

Fe₂O₃(s)+ CO(g)═2Fe(s)+3CO₂(g)△H₄

则△H₄ 的表达式为_____(用含△H₁、△H₂、△H₃ 的代数式表示)。

(2)上述反应在高炉中大致分为三个阶段，各阶段主要成分与温度的关系如下：

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

1600℃时固体物质的主要成分为_____，该温度下若测得固体混合物中 m(Fe)：m(O)=35：2， 则 FeO 被 CO 还原为 Fe 的百分率为_________(设其它固体杂质中不含 Fe、O 元素)。

(3)铁等金属可用作 CO 与氢气反应的催化剂．已知某种催化剂可用来催化反应 CO(g)+3H₂(g) = CH₄(g) +H₂O(g)△H＜0．在 T℃，106Pa 时将 l mol CO 和 3mol H₂ 加入体积可变的密闭容器 中．实验测得 CO 的体积分数 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能判断 CO(g)+3H₂(g)⇌ CH₄(g)+H₂O(g)达到平衡的是_____(填序号)。

a．容器内压强不再发生变化    b．混合气体的密度不再发生变化

c．v 正(CO)=3v 逆(H₂)    d．混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

②达到平衡时 CO 的转化率为___________；在 T℃106Pa 时该反应的压强平衡常数 Kp(用平衡分 压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)的计算式为_____。

③图表示该反应 CO 的平衡转化率与温度、压强的关系．图中温度 T₁、T₂、T₃ 由高到低的顺序是_____，理由是_____________．

Answer

△H2+△H3 FeO和Fe 80% bd 37.1% T3＞T2＞T1 正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率升高

【解析】

（1）已知反应：Fe2O3(s)+CO(g)═Fe3O4(s)+CO2(g)△H2② Fe3O4(s)+4CO(g)═3Fe(s)+4CO2(g)△H3 ③，根据盖斯定律，将所给的反应②+③×可得：Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)，故△H4=△H2+△H3 ，故答案为△H2+△H3 ；

（2）根据当1000℃时为FeO，在2000℃时为Fe，故在1600℃时固体物质的主要成分为FeO和Fe的混合物；设混合物中FeO的物质的量为xmol，Fe的物质的量为ymol，则有：=，即可求的x:y=1:4，故剩余的FeO和被还原为铁的FeO的物质的量之比为1:4，则可知被还原的FeO的百分比为×100%=80%，故答案为FeO和Fe；80%；

（3）①a．由于此容器是个体积可变的容器，故为恒容的容器，则容器内压强一直不变，故不能作为反应达平衡的标志，故a错误；b．此反应在平衡前，气体的质量不变，但体积变小，故密度变大，故当混合气体的密度不再发生变化时能说明反应达平衡，故b正确；c．反应达平衡的根本标志是v正=v逆，所以3v正(CO)=v逆(H2)，故c错误；d．在反应达平衡之前，混合气体的质量不变，但物质的量变小，故混合气体的平均相对分子质量在变小，故当不变时能说明反应达平衡，故d正确。故选bd；

②设反应达平衡时CO转化了xmol，则根据三段式可知：

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

结合平衡时CO的体积分数为0.193可知：=0.193，解得x=0.371，故达到平衡时CO的转化率为=×100%＝37.1%；在T℃106Pa时该反应的压强平衡常数Kp==，故答案为37.1%；；

③反应CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)△H＜0，温度越高，则平衡左移，CO的平衡转化率越低，根据图象可知，温度T3＞T2＞T1，故答案为T3＞T2＞T1；正反应放热，在相同压强下，温度降低，平衡向正反应方向移动，CO的转化率越高。