Question

高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下表：

溫度/°C	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CO2)

c(CO)

，△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在一個容積為10L的密閉容器中，保持1000℃恒溫，加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應(yīng)經(jīng)過l0min后達(dá)到平衡．
①能判斷該反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

bce

．
a．容器中壓強(qiáng)不變     b．混合氣體中c（CO）不變   c．容器中混合氣體密度不變    d．c（CO₂）=c（CO）       e．v_正（CO）=v_逆（CO₂）
②求l0min內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率υ（CO₂）=

0.006mol?L^-1?min^-1

，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

60%

．
（3）欲提高（2）中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是

C

．
A．增加高爐高度     B．增加Fe₂O₃的量   C．移出部分CO₂
D．提高反應(yīng)溫度     E．減小容器的容積     F．加入合適的催化劑
（4）若在與（2）中完全相同的反應(yīng)條件下，起始時(shí)加入a mol Fe₂O₃和2.0molCO，反應(yīng)經(jīng)過t min后達(dá)到平衡，且CO的平衡濃度與（2）中CO的平衡濃度相同．則a的最小值應(yīng)大于

8

15

；若不考慮固體反應(yīng)物總表面積變化對反應(yīng)速率的影響，可判斷t應(yīng)

＞

10（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數(shù)，不需要寫固體、純液體；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，也可以判斷平衡狀態(tài)，以此解答；
②令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時(shí)CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計(jì)算n的值，進(jìn)而計(jì)算CO₂的濃度變化量，利用v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
（3）提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項(xiàng)根據(jù)平衡移動原理分析；
（4）利用三段式表示出平衡時(shí)CO、CO₂的物質(zhì)的量，即可計(jì)算消耗的Fe₂O₃的量，因?yàn)閮纱纹胶獾钠胶鉅顟B(tài)相同，反應(yīng)到達(dá)平衡是轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量比（2）多，其他條件都相同，所以用時(shí)比（2）長．

解答：解：（1）反應(yīng)

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數(shù)k=

c(CO2)

c(CO)

，
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：

c(CO2)

c(CO)

；＜；
（2）①反應(yīng)前后發(fā)生變化的量不變即是平衡狀態(tài)，
a．反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)相同，所以壓強(qiáng)不變不能判斷平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b．平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度不變，所以混合氣體中c（CO）不變，即是平衡狀態(tài)，故b正確；
c．容器中混合氣體的體積不變，質(zhì)量增大，所以密度增大，當(dāng)密度不變時(shí)，即是平衡狀態(tài)，故c正確；
d．到達(dá)平衡是二氧化碳與一氧化碳的濃度不相等，故c（CO₂）=c（CO）不是平衡狀態(tài)，故d錯誤；
e．不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于計(jì)量數(shù)之比即是平衡狀態(tài)，所以v_正（CO）=v_逆（CO₂）是平衡狀態(tài)，故e正確；
故答案為：bce；
②令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）           
開始（mol）：1                 1
變化（mol）：n                 1+n
平衡（mol）：1-n               1+n
所以

1+n

V            1-n V

=4，解得n=0.6，
所以n（CO₂）=

0.6mol

10L        10min

=0.006 mol?L^-1?min^-1，
CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案為：0.006 mol?L^-1?min^-1；60%；
（3）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應(yīng)移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故D錯誤；
E．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，減小容器的容積，增大壓強(qiáng)平衡不移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，平衡不移動，故F錯誤；
故選C；
（4）令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：
          

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：2
變化（mol）：

1

3

n        n                 n
平衡（mol）：2-n                n
則

n

10L          2-n 10L

=4，所以n=

8

5

mol，所以n（Fe₂O₃）=

1

3

n=

8

15

mol，因?yàn)榉磻?yīng)消耗了

8

15

molFe₂O₃，所以Fe₂O₃應(yīng)大于

8

15

mol；
因?yàn)閮纱纹胶獾钠胶鉅顟B(tài)相同，反應(yīng)到達(dá)平衡是轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量比（2）多，其他條件都相同，所以用時(shí)比（2）長，故t＞10min；
故答案為：

8

15

；＞．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)等，難度中等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用：1、用來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，2、判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，3、判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，4、用來計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率．