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。请回答下列问题：

（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)           K₁ ΔH₁＝a kJ·mol⁻¹

3Fe₂O₃(s)+CO(g)2Fe₃O₄(s)+CO₂(g)      K₂        ΔH₂＝b kJ·mol⁻¹

Fe₃O₄(s)+CO(g)3FeO(s)+CO₂(g)        K₃ ΔH₃＝c kJ·mol⁻¹

①Fe₂O₃(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)   ΔH＝_____kJ·mol⁻¹（用含a、b、c的代数式表示）。

②上述反应对应的平衡常数K₁、K₂、K₃随温度变化的曲线如图所示。则a_________b，（填“＞”、“＜”或“=”），理由是_________________。

（2）铁的氧化物粉末和Al粉在镁条的引燃下可以发生铝热反应，下列反应速率(v)和温度(T)的关系示意图中与铝热反应最接近的是________。

（3）铁等金属可用作CO与H₂反应的催化剂：CO(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g) 

     ΔH＜0。在T℃，将l mol CO和3 mol H₂加入2 L的密闭容器中。实验测得n(CO)随时间的变化如下表：

t/min	0	10	20	30	40	50
n(CO)/mol	1.0	0.70	0.45	0.25	0.10	0.10

①下列能判断该反应达到平衡的标志是______（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在0~20 min内v (H₂)=______；在T℃时该反应的平衡常数K=_________。

③下图表示该反应中CO的转化率与温度、压强的关系。图中压强P₁、P₂、P₃由高到低的顺序是_________。

Answer

＞ 由图可知，随着温度的升高，K1增大、K2减小，则△H1＞0、△H2＜0，所以a＞b b ad 0.04 mol·L−1·min−1 1200 p1＞p2＞p3

【解析】（1）①已知：ⅰ、FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH1＝a kJ·mol−1，ⅱ 3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH2＝b kJ·mol−1，ⅲFe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g) ΔH3＝c kJ·mol−1，根据盖斯定律可知（ⅰ×6+ⅱ+ⅲ×2）/3即得到Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) ΔH＝kJ·mol−1。②由图可知，随着温度的升高，K1增大、K2减小，则△H1＞0、△H2＜0，所以a＞b。（2）①a．正反应体积减小，所以容器内压强不再发生变化说明反应达到平衡状态，a正确；b．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，所以混合气体的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，b错误；c．应该是3v正(CO)=v逆(H2)时反应达到平衡状态，c错误；d．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不再发生变化说明反应达到平衡状态，d正确，答案选ad；②在0～20 min内CO减少了0.55mol，则同时消耗氢气是1.65mol，浓度是1.65mol÷2L＝0.825mol/L，所以v (H2)=0.825mol/L÷20min≈0.04 mol·L−1·min−1；在T℃时平衡体系中CO是0.1mol，消耗CO是0.9mol，生成甲烷是0.9mol，水蒸气是0.9mol，消耗氢气是2.7mol，剩余氢气是0.3mol，所以该反应的平衡常数K=。③正反应是体积减小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向减小，CO转化率增大，则图中压强P1、P2、P3由高到低的顺序是p1＞p2＞p3。