Question

据报道，一定条件下 Fe₂O₃可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁。其反应为： Fe₂O₃(s)+3CH₄(g) 2Fe(s)+3CO(g)+6H₂(g)

（1）反应在5 L的密闭容器中进行，2 min 后达到平衡，测得 Fe₂O₃在反应中质量减少 4.8 g。则该段时间内H₂的平均反应速率为______________；

（2）将固定质量的 Fe₂O₃(s)和 CH₄(g)置于恒温恒压容器中，在一定条件下反应，能表明该反应达到平衡状态的是______________；

A．CH₄的转化率等于 CO的产率           

B．混合气体的平均相对分子质量不变

C．v 正(CO): v 逆(H₂)=1 : 2             

D．固体的总质量不变

（3）FeO 可用CO进行还原，已知：t℃时，FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO₂(g)    K=0.5

若在 1 L密闭容器中加入0.04 mol FeO(s)，并通入 x mol CO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)的转化率为 50%，则x=______________。

（4）在 3 L容积可变的密闭容器中发生反应：FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO₂(g)，c(CO₂)随反应时间t变化如图中曲线I所示。若在t₀时刻分别改变一个条件， 曲线 I变为曲线II和曲线III。当曲线I变为曲线 II时，改变的条件是______________。当通过改变压强使曲线 I变为曲线III时，曲线 III达到平衡时容器的体积为_________L。

Answer

（1）0.018 mol/(L•min)；

（2）BCD

（3）0.06；

（4）加入催化剂；2 L

【解析】

试题分析：（1）n(Fe2O3)==0.03mol，根据方程式知，有0.03mol氧化铁参加反应时有0.18mol氢气生成，v(H2)==0.018mol•(L•min)-1，故答案为：0.018mol•(L•min)-1；

（2）A、CH4的转化率等于CO的产率时，该反应不一定达到平衡状态，故错误；B、混合气体的平均相对分子质量不变时，各物质的物质的量不变，该反应达到平衡状态，故正确；C、v正(CO)：v逆(H2)=1：2时，同一物质的正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；D、固体的总质量不变时，该反应达到平衡状态，故正确；故选BCD；

（3）参加反应的n(FeO)=0.04mol×50%=0.02mol，根据方程式知，参加反应的n(CO)=n(CO2)=n(FeO)=0.02mol，容器的体积为1L，则平衡时c(CO)=mol/L、c(CO2)=0.02mol/L，化学平衡常数K==0.5，x=0.06，故答案为：0.06；

（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为：3：V=4.5：3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L；故答案为：加入催化剂；2L。

【考点定位】考查化学平衡的计算；反应速率的定量表示方法；化学平衡的影响因素

【名师点晴】本题考查化学平衡计算、盐类水解、化学平衡状态判断等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，只有反应前后改变的物理量不变时可逆反应就达到平衡状态，会化学平衡常数的有关计算，题目综合性较强、难度较大。