Question

（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下兩組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實(shí)驗(yàn)1中以v（CO₂）表示的反應(yīng)速率為

 

（第二位小數(shù)）
②該反應(yīng)為（填“吸熱”或“放熱”）

 

反應(yīng)．
（2）氫是一種理想的綠色清潔能源，氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)．
利用FeO/Fe₃O₄循環(huán)制氫，已知：
H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=a kJ/mol       （Ⅰ）
2Fe₃O₄（s）=6FeO（s）+O₂ （g）△H=b kJ/mol        （Ⅱ）
下列坐標(biāo)圖分別表示FeO的轉(zhuǎn)化率（圖1）和一定溫度時(shí)，H₂生成速率[細(xì)顆粒（直徑0.25mm），粗顆粒（直徑3mm）]（圖2）．

①反應(yīng)：2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=

 

（用含a、b代數(shù)式表示）；
②900℃時(shí)，在兩個(gè)體積均為2L密閉容器中分別投入0.60mol FeO和0.20mol H₂O（g），甲容器用細(xì)顆粒FeO、乙容器用粗顆粒FeO．
Ⅰ．細(xì)顆粒FeO 時(shí)H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率比用粗顆粒FeO時(shí)H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率

 

（填“大”或“小”或“相等”）；
Ⅱ．求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K（寫出計(jì)算過(guò)程）．
③在坐標(biāo)圖3中畫出在1000℃、用細(xì)顆粒FeO時(shí)，H₂O（g）轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化示意圖（進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng),反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)氫氣的物質(zhì)的量，利用化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算二氧化碳的物質(zhì)的量，再v=

△n V

△t

計(jì)算v（CO₂）；
②由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，故650℃時(shí)開始加入4molCO、2molH₂O與開始加入2molCO、1molH₂O是等效平衡，故650℃時(shí)開始加入2molCO、1molH₂O到達(dá)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為0.8mol，實(shí)驗(yàn)2等效為在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上移走2molCO、1molH₂O到達(dá)平衡后，再升高溫度到900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)2中氫氣的物質(zhì)的量為0.4mol，小于0.8mol，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算目標(biāo)熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱；
②Ⅰ．FeO為固體，顆粒大小不影響平衡移動(dòng)；
Ⅱ．900℃時(shí)平衡時(shí)，F(xiàn)eO的轉(zhuǎn)化率為40%，據(jù)此計(jì)算參加反應(yīng)的FeO的物質(zhì)的量，再利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再根據(jù)k=

c(H2)

c(H2O)

計(jì)算；
③1000℃時(shí)反應(yīng)速率比900℃快，到達(dá)平衡所用時(shí)間短，由圖1可知，升高溫度FeO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故升高溫度H₂O（g）轉(zhuǎn)化率降低，固體顆粒不影響轉(zhuǎn)化率，但顆粒越細(xì)，反應(yīng)速率越快，據(jù)此畫出圖象．

解答： 解：（1）①、實(shí)驗(yàn)1中6min到達(dá)平衡時(shí)生成氫氣1.6mol，根據(jù)方程式可知，生成二氧化碳的物質(zhì)的量=1.6mol，故v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L．min），
故答案為：0.13mol/（L．min）；
②、由于反應(yīng)前后氣體的體積不變，故650℃時(shí)開始加入4molCO、2molH₂O與開始加入2molCO、1molH₂O是等效平衡，故650℃時(shí)開始加入2molCO、1molH₂O到達(dá)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為0.8mol，實(shí)驗(yàn)2等效為在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上移走2molCO、1molH₂O到達(dá)平衡后，再升高溫度到900℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)2中氫氣的物質(zhì)的量為0.4mol，小于0.8mol，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；
（2）①、已知：H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H=a kJ/mol       （Ⅰ）
2Fe₃O₄（s）=6FeO（s）+O₂ （g）△H=b kJ/mol        （Ⅱ）
根據(jù)蓋斯定律，（Ⅰ）×2+（Ⅱ）得：2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g），故△H=（2a+b）kJ/mol，
故答案為：（2a+b）kJ/mol；
②Ⅰ．FeO為固體，顆粒大小不影響平衡移動(dòng)，故使用細(xì)顆粒FeO與用粗顆粒FeO時(shí)H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率相等，
故答案為：相等；
Ⅱ．900℃時(shí)平衡時(shí)，F(xiàn)eO的轉(zhuǎn)化率為40%，平衡FeO轉(zhuǎn)化的量為：n（FeO）=0.60mol×40%=0.24mol，則：
          H₂O（g）+3FeO（s）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）
開始（mol）：0.2     0.6        0        0   
轉(zhuǎn)化（mol）：0.08    0.24       0.08     0.08
平衡（mol）：0.12    0.36       0.08     0.08
則k=

c(H2)

c(H2O)

=

0.08mol 2L

0.12mol 2L

=0.67
答：此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.67；
③1000℃時(shí)反應(yīng)速率比900℃快，到達(dá)平衡所用時(shí)間短，由圖1可知，升高溫度FeO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故升高溫度H₂O（g）轉(zhuǎn)化率降低，固體顆粒不影響轉(zhuǎn)化率，但顆粒越細(xì)，反應(yīng)速率越快，故圖象為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化反應(yīng)速率計(jì)算、反應(yīng)熱計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算、化學(xué)平衡計(jì)算及影響因素、化學(xué)平衡圖象等，題目比較綜合，難度中等，側(cè)重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)鞏固，（2）中FeO顆粒對(duì)水的轉(zhuǎn)化率影響為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易受氫氣生成速率的影響做出錯(cuò)誤的判斷．