Question

鐵元素是重要的金屬元素，單質鐵在工業和生活中使用得最為廣泛。鐵還有很多重要的化合物及其化學反應。如鐵與水反應：3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)   △H
(1)上述反應的平衡常數表達式K＝_______。
(2) 已知：①3Fe(s)＋2O₂(g)＝Fe₃O₄(s)  △H₁＝－1118.4kJ/mol
②2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)  △H₂＝－483.8kJ/mol
③2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(l)  △H₃＝－571.8kJ/mol
則△H＝_______。
(3)在t⁰C時,該反應的平衡常數K＝16，在2L恒溫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。

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
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H₂O的平衡轉化率為_______ (結果保留一位小數)。
②下列說法正確的是_______ (填編號)
A.若容器壓強恒定，則反應達到平衡狀態
B.若容器內氣體密度恒定，則反應達到平衡狀態
C.甲容器中H₂O的平衡轉化率大于乙容器中H₂O的平衡轉化率
D.增加Fe₃O₄就能提高H₂O的轉化率
(4)若將(3)中裝置改為恒容絕熱(不與外界交換能量)裝置，按下表充入起始物質，起始時與平衡后的各物質的量見表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
起始/mol	3.0	4.0	0	0
平衡/mol	m	n	p	q

 
若在達平衡后的裝置中繼續加入A、B、C三種狀況下的各物質，見表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
A/mol	3.0	4.0	0	0
B/mol	0	0	1	4
C/mol	m	n	p	q

 
當上述可逆反應再一次達到平衡狀態后,上述各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列的關系是
________(用A、B、C表示）。
(5)已知Fe(OH)₃的Ksp＝2.79×10^－39，而FeCl₃溶液總是顯示較強的酸性，若某FeCl₃溶液的pH為3,則該溶液中c(Fe³⁺)＝________mol ? L^-1 (結果保留3位有效數字)

Answer 1

（每空2分，最后兩空每空3分，共計14分）（1）K＝ （2）－150.8kJ/mol
（3）①33.3% ②BC （4）B＞C＞A （5）2.79×10^－6

試題分析：（1）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據該反應的化學方程式可知，平衡常數表達式K＝。
（2）根據蓋斯定律可知，①－②×2即得到反應3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)，所以該反應的反應熱△H＝－1118.4kJ/mol＋483.8kJ/mol×2＝－150.8kJ/mol。
（3）①          3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)
起始濃度（mol/L）         0.5               0.5
轉化濃度（mol/L）         x                 x
平衡濃度（mol/L）      0.5－x             0.5＋x
則根據平衡常數K＝可知＝16
解得x＝，所以水蒸氣的轉化率＝×100%＝33.3%
②A、反應前后體積不變，壓強始終不變，所以若容器壓強恒定，則反應不一定達到平衡狀態，A不正確；B、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容器容積不變，氮氣體的質量是變化的，所以若容器內氣體密度恒定，則反應達到平衡狀態，B正確；C、乙容器相當于是在甲容器的基礎上增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應方向移動，但水蒸氣的轉化率降低，即甲容器中H₂O的平衡轉化率大于乙容器中H₂O的平衡轉化率，C正確；D、四氧化三鐵是固體，所以增加Fe₃O₄不能提高H₂O的轉化率，D不正確，答案選BC。
（4）A相當于是在原平衡的基礎上增大壓強平衡不移動，但反應放熱多。由于是絕熱容器，溫度升高，使平衡向逆反應方向移動，氫氣含量降低；B也相當于是在原平衡的基礎上增大壓強平衡不移動，但反應吸熱。由于是絕熱容器，溫度降低，使平衡向正反應方向移動，氫氣含量增大；C相當于是等效平衡，氫氣含量不變，所以各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列的關系是B＞C＞A。
（5）FeCl₃溶液的pH為3,則溶液中c(OH^－)＝10^－11mol/L，所以Fe(OH)₃的Ksp＝2.79×10^－39可知，溶液中c(Fe³⁺)＝＝2.79×10^－6mol/L。