Question

根据要求回答下列有关问题。

(1)高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)   ∆H=-28.5kJ/mol，冶炼铁反应的平衡常数表达式K=____________，温度升高后，K 值________（填“增大”、“不变”或“减小”）。

(2)已知：①Fe₂O₃(s)+3C(石墨) = 2Fe(s)+3CO(g)     ∆H₁= +489.0kJ/mol

②Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)     ∆H₂= -28.5kJ/mol

③C（石墨）+ CO₂(g) = 2CO(g）    ∆H₃= akJ/mol  ,

则a=__________kJ/mol。

(3)在T℃时，反应Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器中，按下表所示加入物质，经过一段时间后达到平衡。

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
始态mol	1.0	1.0	1.0	1.0

①平衡时CO 的转化率为_______。

②下列情况标志反应达到平衡状态的是________（填字母）。

a．容器内气体密度保持不变

b．容器内气体压强保持不变

c．CO的消耗速率和CO₂的生成速率相等

Answer

K= c（CO2）3 /c（CO）3 减小 +172.5 60% a

【解析】

（1）根据平衡常数的概念，由于固体物质或纯液体的浓度是常数，不能写入表达式，则高炉炼铁的平衡常数K=c3(CO2)/c3(CO)；升高温度，平衡向吸热的方向移动，结合方程式：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ∆H=-28.5kJ/mol，即平衡向左移动，故平衡常数减小；（2）根据盖斯定律：(①－②)÷3=(△H1 －△H2)÷3= +172.5 kJ/mol；（3）①起始时甲容器中c3(CO2)/c3(CO)=1.03/1.03=1<64，说明该反应一定从正反应方向开始进行，反应物浓度减小，生成物浓度增大，直到达到新的平衡，设CO的平衡转化率为x，则：
Fe2O3(s)  +  3CO(g) 2Fe(s)  +  3CO2(g)
起始浓度/ mol·L－1 0.5                    0.5
变化浓度/ mol·L－1 0.5x                    0.5x
平衡浓度/ mol·L－1 0.5－0.5x                 0.5+0.5x
K=c3(CO2)/c3(CO)="(" 0.5+0.5x) 3/(0.5－0.5x)3=64
( 1+x) 3/(1－x)3=64，则( 1+x)/(1－x)=4，1+x=4－4x，5x=3，x=0.6或60%
②混合气体的密度=混合气体的总质量/容器的容积，由于反应物和生成物中都有固体物质参加，且平衡前混合气体的总质量会增大，只有平衡时混合气体的总质量才保持不变，密度才不变，a正确；正反应是气态物质体积保持不变的反应，则反应前后气态物质的物质的量保持不变，则平衡前后气体的压强不变，b错误；CO的消耗速率和CO2的生成速率均为正反应速率，c错误。