Question

【題目】近年來(lái)，磁性材料的研究備受國(guó)際磁學(xué)界的關(guān)注。Fe3O4具有許多優(yōu)異的性能，在磁性材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。回答下列問(wèn)題：

(1)以太陽(yáng)能為熱源分解Fe3O4，經(jīng)由熱化學(xué)鐵氧化合物循環(huán)分解水制H2的過(guò)程如圖所示。

已知：H2O(l)= H2(g)+O2(g)△H1+285.5kJ·mol-1

過(guò)程I：2 Fe3O4(s)6 FeO (s)+O2(g)△H2=+313.2kJmol-1

則過(guò)程II的熱化學(xué)方程式為 ______________________________。

(2)磁鐵礦(Fe3O4)是工業(yè)上冶煉鐵的原料之一，發(fā)生的主要反應(yīng)為Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)△H <0，T℃ 時(shí)，在 1L 恒容密閉容器中加入Fe3O4、CO各0.5mol，5min反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，固體質(zhì)量減小了6.4g。

①?gòu)钠鹗嫉椒磻?yīng)達(dá)到平衡時(shí)v(CO2)=______，T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。

②欲提高該反應(yīng)中 CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是______(任寫一個(gè)即可)。

③其他條件不變時(shí)，該反應(yīng)在不同溫度下，CO2的產(chǎn)率隨時(shí)間的變化α(CO2)~t曲線如圖所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關(guān)系是____，判斷依據(jù)是_______。

Answer 1

【答案】3FeO(s)+H2O(1)= H2(g)+Fe3O4(s)△H=+128.9kJmo1-1 0.08mo1L-1 min-1 256 移出CO2(或降低溫度) T1>T2>T3 其他條件相同時(shí)，曲線斜率T1>T2>T3，即反應(yīng)速率v1>v2>v3，而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以T1>T2>T3[或該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，達(dá)到平衡時(shí)α(CO2）越小或溫度越高，達(dá)到平衡時(shí)所需時(shí)間越短]

【解析】

根據(jù)圖中信息和蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式并計(jì)算ΔH，根據(jù)固體減少的質(zhì)量計(jì)算固體減少的物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計(jì)算CO2生成的物質(zhì)的量，利用三段式計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理判斷提高平衡轉(zhuǎn)化率的措施，根據(jù)“先拐先平”比較溫度大小。

(1)根據(jù)圖中信息可知，過(guò)程II的方程式為3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)，已知①H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H1=+285.5kJ·mol-1，②2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H2=+313.2kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，由①-②×得反應(yīng)3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)△H=+285.5kJ·mol-1-313.2kJ·mol-1×=+128.9kJ/mol；

(2)①1L恒容密閉容器中加入Fe3O4、CO各0.5mol，5min反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，固體質(zhì)量減小了6.4g，根據(jù)方程式可知，固體減少的質(zhì)量即為4個(gè)O原子的質(zhì)量，則有：

所以生成CO2的質(zhì)量x=17.6g，即物質(zhì)的量為0.4mol，所以，根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系列三段式有：

所以平衡常數(shù)；

②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，欲提高該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，則使平衡正向移動(dòng)，可采取的措施是移出CO2或降低溫變；

③由圖像可知，其他條件相同時(shí)，曲線斜率T1>T2>T3，即反應(yīng)速率v1>v2>v3，而溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以T1>T2>T3[或該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高，達(dá)到平衡時(shí)α(CO2）越小或溫度越高，達(dá)到平衡時(shí)所需時(shí)間越短]。