Question

高爐煉鐵過程中發生的主要反應為：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應在不同溫度下的平衡常數如下表：

溫度/°C	1000	1150	1300
平衡常數	4.0	3.7	3.5

回答下列問題：
（1）該反應的平衡常數表達式K=

c(CO2)

c(CO)

，△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在一個容積為10L的密閉容器中，保持1000℃恒溫，加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反應經過l0min后達到平衡．
①能判斷該反應是否達到化學平衡狀態的依據是

bce

．
a．容器中壓強不變     b．混合氣體中c（CO）不變   c．容器中混合氣體密度不變    d．c（CO₂）=c（CO）       e．v_正（CO）=v_逆（CO₂）
②求l0min內該反應的平均反應速率υ（CO₂）=

0.006mol?L^-1?min^-1

，CO的平衡轉化率為

60%

．
（3）欲提高（2）中CO的平衡轉化率，可采取的措施是

C

．
A．增加高爐高度     B．增加Fe₂O₃的量   C．移出部分CO₂
D．提高反應溫度     E．減小容器的容積     F．加入合適的催化劑
（4）若在與（2）中完全相同的反應條件下，起始時加入a mol Fe₂O₃和2.0molCO，反應經過t min后達到平衡，且CO的平衡濃度與（2）中CO的平衡濃度相同．則a的最小值應大于

8

15

；若不考慮固體反應物總表面積變化對反應速率的影響，可判斷t應

＞

10（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析：（1）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數，不需要寫固體、純液體；
由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應；
（2）①化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，也可以判斷平衡狀態，以此解答；
②令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數計算n的值，進而計算CO₂的濃度變化量，利用v=

△c

△t

計算v（CO₂），再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
（3）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據平衡移動原理分析；
（4）利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，即可計算消耗的Fe₂O₃的量，因為兩次平衡的平衡狀態相同，反應到達平衡是轉化的CO的物質的量比（2）多，其他條件都相同，所以用時比（2）長．

解答：解：（1）反應

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數k=

c(CO2)

c(CO)

，
由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：

c(CO2)

c(CO)

；＜；
（2）①反應前后發生變化的量不變即是平衡狀態，
a．反應前后氣體計量數相同，所以壓強不變不能判斷平衡狀態，故a錯誤；
b．平衡時各物質的濃度不變，所以混合氣體中c（CO）不變，即是平衡狀態，故b正確；
c．容器中混合氣體的體積不變，質量增大，所以密度增大，當密度不變時，即是平衡狀態，故c正確；
d．到達平衡是二氧化碳與一氧化碳的濃度不相等，故c（CO₂）=c（CO）不是平衡狀態，故d錯誤；
e．不同物質的正逆反應速率之比等于計量數之比即是平衡狀態，所以v_正（CO）=v_逆（CO₂）是平衡狀態，故e正確；
故答案為：bce；
②令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）           
開始（mol）：1                 1
變化（mol）：n                 1+n
平衡（mol）：1-n               1+n
所以

1+n

V            1-n V

=4，解得n=0.6，
所以n（CO₂）=

0.6mol

10L        10min

=0.006 mol?L^-1?min^-1，
CO的平衡轉化率為

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案為：0.006 mol?L^-1?min^-1；60%；
（3）A．鐵是固體，減少Fe的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故A錯誤；
B．氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，CO的平衡轉化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故C正確；
D．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故D錯誤；
E．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，平衡不移動，故F錯誤；
故選C；
（4）令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
          

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：2
變化（mol）：

1

3

n        n                 n
平衡（mol）：2-n                n
則

n

10L          2-n 10L

=4，所以n=

8

5

mol，所以n（Fe₂O₃）=

1

3

n=

8

15

mol，因為反應消耗了

8

15

molFe₂O₃，所以Fe₂O₃應大于

8

15

mol；
因為兩次平衡的平衡狀態相同，反應到達平衡是轉化的CO的物質的量比（2）多，其他條件都相同，所以用時比（2）長，故t＞10min；
故答案為：

8

15

；＞．

點評：本題考查化學平衡的有關計算、化學反應速率計算、平衡常數等，難度中等，注意掌握化學平衡常數的應用：1、用來判斷反應進行的程度，2、判斷反應的熱效應，3、判斷反應進行的方向，4、用來計算物質的轉化率．