Question

I．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發生的主要反應為：

Fe₂O₃(s) + 3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)              △H

（1）已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨)=2Fe(s) + 3CO(g)    △H₁

②C(石墨）+ CO₂(g) = 2CO(g)   △H₂

  則△H___________________(用含△H₁  、△H₂的代數式表示)。

（2）高爐煉鐵反應的平衡常數表達式K=____________________________。

（3）在某溫度時，該反應的平衡常數K=64，在2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質，反應經過一段時間后達到平衡。

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

 

①甲容器中CO的平衡轉化率為_______________________。

②下列說法正確的是____________________(填編號）。

A．若容器壓強恒定，反應達到平衡狀態

B．若容器內氣體密度恒定，反應達到平衡狀態

C．甲容器中CO的平衡轉化率大于乙的

D．增加Fe₂O₃就能提高CO的轉化率

II．納米MgO可用尿素與氯化鎂合成。某小組研究該反應在溫度為378～398K時的反應時間、反應物配比等因素對其產率的影響。請完成以下實驗設計表：

編號	溫度/K	反應時間/h	反應物物質的量配比	實驗目的
①	378	4	3∶1	實驗②和④探究________ ______________________ 實驗②和__________探究 反應時間對產率的影響。
②	378	4	4∶1
③	378	3	_______
④	398	4	4∶1

 

下圖為溫度對納米MgO產率（曲線a）和粒徑(曲線b)的影響，請歸納出溫度對納米MgO制備的影響規律（寫出一條）：                                                                            

___________________________________________。

 

 

Answer 1

【答案】

（16分）I．（1）△H₁ －3△H₂（2分）

 

（2）     （3分）  注：用“[  ]”表示平衡濃度的也給分  

（3）①60%（2分）     ②B（2分）

II．  4∶1（1分）  溫度對產率的影響（2分）    ③（1分）

在378～398K（1分），生成的納米MgO的粒徑大小無明顯變化（合理則給分）（2分）

或者：在378K～398K（1分或在實驗溫度下也得分），隨溫度的升高，產率增大（2分）

383K較低溫度下有利于形成較小的顆粒（3分）

注：填“在實驗溫度下”也得分。

【解析】

試題分析：（1）觀察已知熱化學方程式，根據蓋斯定律，可以用①－②×3約去3C(石墨)，得到高爐煉鐵的反應式，則Fe₂O₃(s) + 3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)的△H =①的焓變－②的焓變×3=△H₁ －3△H₂；（2）根據平衡常數的概念，由于固體物質或純液體的濃度是常數，不能寫進表達式，則高爐煉鐵的平衡常數K=c³(CO₂)/c³(CO)；（3）①起始時甲容器中c³(CO₂)/c³(CO)=1.0³/1.0³=1<64，說明該反應一定從正反應方向開始進行，反應物濃度減小，生成物濃度增大，直到達到新的平衡，設CO的平衡轉化率為x，則：

                     Fe₂O₃(s)  +  3CO(g)  2Fe(s)  +  3CO₂(g)

起始濃度/ mol·L^－1                  0.5                    0.5

變化濃度/ mol·L^－1                 0.5x                    0.5x

平衡濃度/ mol·L^－1               0.5－0.5x                 0.5+0.5x

K=c³(CO₂)/c³(CO)=( 0.5+0.5x) ³/(0.5－0.5x)³=64

( 1+x) ³/(1－x)³=64，則( 1+x)/(1－x)=4，1+x=4－4x，5x=3，x=0.6或60%

②正反應是氣態物質體積保持不變的反應，則反應前后氣態物質的物質的量保持不變，則平衡前后氣體的壓強不變，故A錯誤；混合氣體的密度=混合氣體的總質量/容器的容積，由于反應物和生成物中都有固體物質參加，且平衡前混合氣體的總質量會增大，只有平衡時混合氣體的總質量才保持不變，密度才不變，故B正確；正反應是氣態物質體積保持不變的反應，增大CO濃度必然同時增大壓強，增大壓強時該平衡不能移動，CO的轉化率不變，故C錯誤；氧化鐵的固體，其濃度是常數，增加氧化鐵的量不能增大反應物濃度或壓強，平衡不會移動，則CO的轉化率不變，故D錯誤；（4）根據控制變量設計探究實驗方案的原理可知，實驗①和②探究的目的是反應物配比對納米MgO產率的影響，實驗②和④探究的目的是溫度對納米MgO產率的影響，實驗②和③探究的目的是反應時間對納米MgO產率的影響；讀圖可知，在378～398K，生成的納米MgO的粒徑大小無明顯變化，或者在378K～398K（或在實驗溫度下），隨溫度的升高，產率增大，383K較低溫度下有利于形成較小的顆粒。

考點：考查化學反應原理大題，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡常數及應用、平衡轉化率的計算、化學平衡移動、設計幾種因素影響產率的探究實驗、解釋化學平衡圖像等知識。