Question

10．铁是生产生活中应用最广泛的金属，炼铁技术备受关注，已知：
①2Fe₂O₃（s）+3C（s）?4Fe（s）+3CO₂（g）△H=+460.5KJ•mol^-1
②Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
③断裂1mol CO（s）气体中的化学键需要吸收1076KJ的能量
断裂1mol CO₂（s）气体中的化学键需要吸收1490KJ的能量
请回答：
（1）断裂1mol C（s）中所有化学键需要吸收的能量为834.5kJ．
（2）T₁℃时，向密闭容器中加入一定量的Fe₂O₃和C，发生反应①，达到平衡后，CO₂的浓度为a mol•L^-1；其他条件不变，缩小容器容积，再次达到平衡时，CO₂的浓度为b mol•L^-1，则a=（选填“＞”“＜”或“=”）b．
（3）起始温度均为T₂℃时，向容积为10L的三个恒容密闭容器中，分别加入一定量的Fe₂O₃和CO发生反应②，测得相关数据如表所示：

编号	容器	起始时物质的量 mol		平衡时物质的量/mol	平衡常数（K）
		Fe2O3	CO	Fe
1	恒温	0.5	1.5	0.8	K1
2	恒温	2	3	m	K2
3	绝热	1	1.5	n	K3

①T₂℃时，容器1中反应的平衡常数K₁=64．
②容器2中，5min达到平衡，则0～5min内以CO₂表示该反应的速率v（CO₂）=0.048mol/（L•min）．
③对于三个容器中的反应，下列说法正确的是D（填选项字母）．
A．m＞2n  
B．容器1和容器2中CO的平衡转化率v₁＜v₂．
C．K₁=K₃ 
D．平衡时气体压强：P₃＞P₁
（4）T₂℃时，向恒压密闭容器中充入0.5mol Fe₂O₃和1.0mol CO，发生反应②，CO和CO₂的物质的量浓度（c）与时间（t）的关系如图1所示．

①6min时，改变的外界条件未升温，理由为升温，平衡逆向移动，CO浓度增大，CO₂浓度减小．
②10min时，再向容器中加入1 mol Fe₂O₃、1 mol CO、1 mol Fe、1 mol CO₂、起始的反应速率v（正）＜（选填“＞”“＜”或“=”）v（逆）．
（5）CO-O₂熔融盐燃料电池的装置如图2所示，电池工作时，C口产生的气体一部分通入B口被利用，另一部分被分离出来，若导线中流过2mole^-，理论上C口被分离出的气体的物质的量最多为1mol．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律和结合反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能列方程计算可求出；
（2）平衡常数只与温度有关，故a=b；
（3）①依据化学平衡三段式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
③根据化学平衡三段式计算和等效平衡去分析；
（4）①依据勒夏特列原理分析；
②根据浓度商和平衡常数进行判断；
（5）电池反应式为：2CO+O₂═2CO₂，据此计算．

解答 解：（1）根据盖斯定律，将①×$\frac{1}{3}$-②×$\frac{2}{3}$得：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=$\frac{460.5kJ/mol}{3}$+$\frac{28.5kJ•mo{l}^{-1}×2}{3}$=172.5kJ•mol^-1．设断裂1mol C（s）中所有化学键需要吸收的能量为x，则：x=2×1076kJ-1490kJ+172.5kJ=834.5kJ，
故答案为：834.5kJ
（2）平衡常数只与温度有关，T₁℃时，K=c（CO₂）=amol/L，故其他条件不变，缩小容器容积，再次达到平衡时，CO₂的浓度为b mol•L^-1，k=b mol•L^-1，故a=b，
故答案为：=
（3）①依据反应②热化学方程式计算；
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 0.5           1.5             0              0     
变化量（mol） 0.4           1.2           0.8           1.2    
平衡量（mol）0.1             0.3          0.8            1.2
K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（\frac{1.2}{10}）^{3}}{（\frac{0.3}{10}）^{3}}$=64
②设5min达到平衡时CO₂的物质的量为xmol
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 2               3               0              0     
变化量（mol） x/3            x             2x/3            x    
平衡量（mol）2-x/3          3-x           2x/3            x
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{x}{10}）^{3}}{（\frac{3-x}{10}）^{3}}$
解得：x=2.4mol
v（CO₂）=$\frac{\frac{2.4mol}{10L}}{5min}$=0.048mol/（L•min），
故答案为：0.048mol/（L•min）；
③A．m＞2n，错误，分析如下：
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 2               3               0              0     
变化量（mol） m/3            m             2m/3            m   
平衡量（mol）2-m/3          3-m           2m/3           m
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{m}{10}）^{3}}{（\frac{3-m}{10}）^{3}}$
解得：m=2.4mol
                 Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5KJ•mol^-1
起始量（mol） 1               1.5               0              0     
变化量（mol） n/3            n             2n/3             n   
平衡量（mol）1-n/3          1.5-n           2n/3           n
K₂=K₁=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=64=$\frac{（\frac{n}{10}）^{3}}{（\frac{1.5-n}{10}）^{3}}$
解得：n=1.2mol，故A错误；
B．容器1和容器2中CO的平衡转化率v₁＜v₂，错误，根据①②的数据分析如下：
v₁=$\frac{1.2}{1.5}$×100%=80%；v₂=$\frac{2.4}{3}$×100%=80%；故B错误；
C．该反应的正反应是放热反应，1的温度大于3，所以K₁＞K₃，故C错误；
D．1，3中气体总物质的量不变，恒容条件下，压强与温度成正比，3的温度高于1，所以平衡时气体压强：P₃＞P₁，故D正确．
故选D．
（4）①依据勒夏特列原理，升温，平衡逆向移动，CO浓度增大，CO₂浓度减小，
故答案为：升温；升温，平衡逆向移动，CO浓度增大，CO₂浓度减小；
②已知10min时，c（CO₂）=0.08mol/L，c（CO）=0.12mol/L，则该温度下的平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{0.0{8}^{3}}{0.1{2}^{3}}$=$\frac{8}{27}$．
由图可知容器的体积V=$\frac{1mol}{0.2mol/L}$=5L，则增加c（CO）=$\frac{1mol}{5L}$=0.2mol/L，c（CO₂）=$\frac{1mol}{5L}$=0.2mol/L．
                      Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol/L）                0.12+0.2                    0.08+0.2         
浓度商Q=$\frac{0.2{8}^{3}}{0.3{2}^{3}}$=$\frac{343}{512}$＞$\frac{8}{27}$，反应逆向进行，故v（正）＜v（逆）．
故答案为：＜；
（5）设产生xmolCO₂，根据2CO+O₂═2CO₂得关系式：2e-～CO₂．则x=1mol，
故答案为：1mol．

点评 本题考查盖斯定律、化学平衡计算及反应速率计算，侧重考查学生分析计算能力，注意平衡常数计算时要用浓度而不是物质的量，为易错点．