Question

高炉炼铁过程中发生的主要反应为1/3Fe₂O₃(s)+CO(g) 2/3Fe(s)+CO₂(g)

已知该反应在不同温度下的平衡常数如下： 

请回答下列问题：

（1）该反应的平衡常数表达式K=              ，由于随着温度升高，平衡常数减小，所以正反应是      热反应（填“吸”或“放”）；

（2）欲提高反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是        ；

A．减少Fe的量        

B．增加Fe₂O₃的量       

C．移出部分CO₂

D．加入合适的催化剂   

E．增大容器的容积 

（3）在一个容积为1L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各2.0mol，反应经过5min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率：v (CO₂)=            、CO的平衡转化率=             。（要书写解题过程）

Answer

（1）c(CO2)/c(CO)、放；（2）C

（3）设CO转化的物质的量为x，则

1/3Fe2O3（s）+CO（g）═2/3Fe（s）+CO2（g）

起始量（mol） 2.0 2.0

转化的量（mol） x x

平衡时的量（mol） 2.0﹣x 2.0+x

又在1000℃时K=4.0，则有(2.0+x)/(2.0﹣x)=4.0，解得x=1.2，

CO2的浓度变化量为：c(CO2)=1.2mol·L－1，

则用二氧化碳表示的反应速率为1.2mol·L－1/5min=0.24mol·(L·min)－1

CO的转化率为1.2 mol/2 mol×100%=60%

【解析】

试题分析：（1）该反应的平衡常数表达式K=c(CO2)/c(CO) ；温度升高，平衡常数减小，说明反应逆向移动，则该反应为放热反应；

（2）A．Fe是固体，改变的量，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，A错误；B．Fe2O3是固体，改变的量，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，B错误；C．移出部分CO2，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，C正确；D．加入合适的催化剂，平衡不移动，D错误；E．该反应为前后气体系数不变的反应，增大容器的容积，平衡不移动，CO的平衡转化率不变，E错误；答案选C；

（3）设CO转化的物质的量为x，则

1/3Fe2O3（s）+CO（g）═2/3Fe（s）+CO2（g）

起始量（mol） 2.0 2.0

转化的量（mol） x x

平衡时的量（mol） 2.0﹣x 2.0+x

又在1000℃时K=4.0，则有(2.0+x)/(2.0﹣x) =4.0，解得x=1.2，

CO2的浓度变化量为：c(CO2)= 1.2 mol·L－1，

则用二氧化碳表示的反应速率为1.2 mol·L－1/5 min =0.24 mol·(L·min )－1

CO的转化率为1.2 mol/2 mol×100%=60%

考点：平衡的移动，化学平衡常数