Question

近年来，磁性材料的研究备受国际磁学界的关注。Fe₃O₄具有许多优异的性能，在磁性材料等领域应用广泛。回答下列问题：

(1)以太阳能为热源分解Fe₃O₄，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H₂的过程如图所示。

已知：H₂O(l)= H₂(g)+O₂(g)△H₁+285.5kJ·mol^-1

过程I：2 Fe₃O₄(s)⇌6 FeO (s)+O₂(g)△H₂=+313.2kJ•mol^-1

则过程II的热化学方程式为    ______________________________。

(2)磁铁矿(Fe₃O₄)是工业上冶炼铁的原料之一，发生的主要反应为Fe₃O₄(s)+4CO(g)⇌3Fe(s)+4CO₂(g)△H <0，T℃ 时，在 1L 恒容密闭容器中加入Fe₃O₄、CO各0.5mol，5min反应达到平衡时，固体质量减小了6.4g。

①从起始到反应达到平衡时v(CO₂)=______，T℃时，该反应的平衡常数K=________。

②欲提高该反应中 CO的平衡转化率，可采取的措施是______(任写一个即可)。

③其他条件不变时，该反应在不同温度下，CO₂的产率随时间的变化α(CO₂)~t曲线如图所示，温度T₁、T₂、T₃由大到小的关系是____，判断依据是_______。

Answer

3FeO(s)+H2O(1)= H2(g)+Fe3O4(s)△H=+128.9kJ•mo1-1 0.08mo1•L-1 •min-1 256 移出CO2(或降低温度) T1>T2>T3 其他条件相同时，曲线斜率T1>T2>T3，即反应速率v1>v2>v3，而温度越高，反应速率越快，所以T1>T2>T3[或该反应是放热反应，温度越高，达到平衡时α(CO2）越小或温度越高，达到平衡时所需时间越短]

【解析】

根据图中信息和盖斯定律书写热化学方程式并计算ΔH，根据固体减少的质量计算固体减少的物质的量，结合方程式计算CO2生成的物质的量，利用三段式计算反应的平衡常数，根据平衡移动原理判断提高平衡转化率的措施，根据“先拐先平”比较温度大小。

(1)根据图中信息可知，过程II的方程式为3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)，已知①H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H1=+285.5kJ·mol-1，②2Fe3O4(s)⇌6FeO(s)+O2(g)△H2=+313.2kJ·mol-1，根据盖斯定律，由①-②×得反应3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)△H=+285.5kJ·mol-1-313.2kJ·mol-1×=+128.9kJ/mol；

(2)①1L恒容密闭容器中加入Fe3O4、CO各0.5mol，5min反应达到平衡时，固体质量减小了6.4g，根据方程式可知，固体减少的质量即为4个O原子的质量，则有：

所以生成CO2的质量x=17.6g，即物质的量为0.4mol，所以，根据转化关系列三段式有：

所以平衡常数；

②该反应为放热反应，欲提高该反应中CO的平衡转化率，则使平衡正向移动，可采取的措施是移出CO2或降低温变；

③由图像可知，其他条件相同时，曲线斜率T1>T2>T3，即反应速率v1>v2>v3，而温度越高，反应速率越快，所以T1>T2>T3[或该反应是放热反应，温度越高，达到平衡时α(CO2）越小或温度越高，达到平衡时所需时间越短]。