Question

【題目】據報道，一定條件下 Fe2O3可被甲烷還原為“納米級”的金屬鐵。其反應為： Fe2O3(s)+3CH4(g) 2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)

（1）反應在5 L的密閉容器中進行，2 min 后達到平衡，測得 Fe2O3在反應中質量減少 4.8 g。則該段時間內H2的平均反應速率為______________；

（2）將固定質量的 Fe2O3(s)和 CH4(g)置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應，能表明該反應達到平衡狀態的是______________；

A．CH4的轉化率等于 CO的產率

B．混合氣體的平均相對分子質量不變

C．v 正(CO): v 逆(H2)=1 : 2

D．固體的總質量不變

（3）FeO 可用CO進行還原，已知：t℃時，FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) K=0.5

若在 1 L密閉容器中加入0.04 mol FeO(s)，并通入 x mol CO，t℃時反應達到平衡。此時FeO(s)的轉化率為 50%，則x=______________。

（4）在 3 L容積可變的密閉容器中發生反應：FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g)，c(CO2)隨反應時間t變化如圖中曲線I所示。若在t0時刻分別改變一個條件， 曲線 I變為曲線II和曲線III。當曲線I變為曲線 II時，改變的條件是______________。當通過改變壓強使曲線 I變為曲線III時，曲線 III達到平衡時容器的體積為_________L。

Answer 1

【答案】

（1）0.018 mol/(Lmin)；

（2）BCD

（3）0.06；

（4）加入催化劑；2 L

【解析】

試題分析：（1）n(Fe2O3)==0.03mol，根據方程式知，有0.03mol氧化鐵參加反應時有0.18mol氫氣生成，v(H2)==0.018mol(Lmin)-1，故答案為：0.018mol(Lmin)-1；

（2）A、CH4的轉化率等于CO的產率時，該反應不一定達到平衡狀態，故錯誤；B、混合氣體的平均相對分子質量不變時，各物質的物質的量不變，該反應達到平衡狀態，故正確；C、v正(CO)：v逆(H2)=1：2時，同一物質的正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故正確；D、固體的總質量不變時，該反應達到平衡狀態，故正確；故選BCD；

（3）參加反應的n(FeO)=0.04mol×50%=0.02mol，根據方程式知，參加反應的n(CO)=n(CO2)=n(FeO)=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時c(CO)=mol/L、c(CO2)=0.02mol/L，化學平衡常數K==0.5，x=0.06，故答案為：0.06；

（4）圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件不好為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L；故答案為：加入催化劑；2L。