Question

【題目】以赤鐵礦為原料，利用高爐煉鐵的基本反應為：

i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g）△H1

其中CO產生的反應是：

ii.C（焦炭，s）+O2（空氣，g）=CO2（g）△H2＜0

iii.C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）△H3＞0

（1）以焦炭煉鐵的反應：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=____________（請用含△H1、△H2或H3的式子表示）。

（2）反應i的平衡常數與溫度的關系如下表，請回答：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數K	64.0	50.6	42.9

①當反應溫度為1150℃，高爐中n（CO）：n（CO2）=4:1時，v正_____v逆（填大于、小于、或等于）。

②己知高爐容積VL，反應溫度1000℃。若提供給i反應的CO共2.24×103L（已折算標準狀況），該反應經過tmin達平衡，則CO2在此段時間的反應速率為________（用V、t代數式表示）。

（3）T℃下，初始體積均為2L，初始壓強均為100kPa的甲（固定體積），乙（固定壓強）兩容器中各充入2molCO進行反應iii，達平衡時甲中氣體壓強變為原來的4/5倍。請回答：

①下列可以判斷甲中反應達平衡的是________________（填字母序號）。

a.2c（CO2）=c（CO）

b.v正（CO2）=2v逆（CO）

c.氣體密度不再改變

d.氣體平均分子量不再改變

②下圖為甲、乙兩容器中CO的百分含量（CO%）與時間（t）的關系示意圖，其中代表乙容器的是___________（填字母編號），理由是______________________。

③乙容器中達平衡時的平衡常數Kp=___________________（Kp為用壓強表達的平衡常數）。

Answer 1

【答案】2△H1+3△H3 大于 mol/（L·min） cd b 乙容器相當于甲加壓，加壓使得反應速率加快，先達到平衡；同時加壓使得平衡向著氣體分于數減小的方向，即逆向移動，故CO含量乙＜甲 180 kPa

【解析】

（1）根據蓋斯定律計算；

（2）①利用濃度商與平衡常數大小進行判斷；

②v（CO2）=△n/Vt；

（3）①根據平衡狀態的特征判斷，當反應達到平衡狀態時，正、逆反應速率相等（同種物質），各物質的濃度、含量不再改變，以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷；

②圖中先出現拐點，對應的壓強大。

③平衡三段式列式計算。

（1） i.Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g） △H1

其中CO產生的反應是：

ii. C（焦炭，s）+O2（空氣，g）=CO2（g）△H2＜0

iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

i×2+iii×3得：以焦炭煉鐵的反應：3C（焦炭，s）+2Fe2O3（s）4Fe（s）+3CO2（g）的△H=2△H1+3△H3；

（2）①在一定溫度下，氧化鐵可以與一氧化碳發生反應：Fe2O3（s）+3CO2Fe（s）+3CO2（g），該反應的平衡常數表達式為：K=c3(CO2)/c3(CO)=50.6。當反應溫度為1150℃，高爐中n（CO）：n（CO2）=4:1時，Qc=c3(CO2)/c3(CO)=1/43<50.6，反應正向進行，故v正大于v逆 ；

②n（CO2）==100mol

K=c3(CO2)/c3(CO)=64，c(CO2)=4c(CO)，得平衡時n(CO2)=4[100mol-n(CO2)]，得n(CO2)=80mol，v（CO2）=

（3）iii. C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g） △H3＞0

①a.2c（CO2）=c（CO）沒有指明正逆速率，故錯誤；

b.應為2v正（CO2）=v逆 （CO），故錯誤；

c.氣體質量發生變化，容器體積不變，氣體密度不再改變，說明反應達到平衡狀態，故正確

d.反應前后氣體物質的量改變，氣體質量發生變化，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，說明反應達到平衡狀態，故正確；

故選cd。

②下圖為甲、乙兩容器中CO的百分含量（CO%）與時間（t）的關系示意圖，其中代表乙容器的是b，乙容器相當于甲加壓，加壓使得反應速率加快，先達到平衡；同時加壓使得平衡向著氣體分于數減小的方向，即逆向移動，故CO含量乙＜甲。

③甲中C（焦炭，s）+CO2（g）=2CO（g）

起始量/mol 0 2

變化量/mol x/2 x

平衡量/mol x/2 2-x

2-x+ x/2=2×4/5

x=0.8

k= =180 kPa