Question

铁元素是重要的金属元素，单质铁在工业和生活中使用得最为广泛．铁还有很多重要的化合物及其化学反应，如铁与水的反应：3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
（1）上述反应的平衡常数表达式K=

 

．
（2）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）  △H1=-1  118.4  kJ?mol-1；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g） △H2=-483.8  kJ?mol-1；
③2H₂（g）+O（g）?2H₂O（l）△H3=-571.8  kJ?mol-1；
则△H=

 

（3）在t℃时，该反应的平衡常数K=16，在2L恒温恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，在时反应经过一段时间后达到平衡．

	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的平衡转化率为

 

（结果保留一位小数）；
②下列说法中正确的是

 

（填字母）．
A．若容器压强恒定，则反应达到平衡状态
B．若容器内气体密度恒定，则反应达到平衡状态
C．甲容器中H₂O的平衡转化率大于乙容器中H₂O的平衡转化率
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的转化率
（4）若将（3）中装置改为恒容绝热（不与外界交换能量）的装置，按下表充入起始物质，起始时与平衡后的各物质的量见下表：

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

若在达平衡后的装置中继续加入A、B、C三种状况下的各物质，见下表：

	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

当上述可逆反应再一次达到平衡状态后，将上述各装置中H₂的百分含量按由大到小的顺序排列：

 

（用A、B、C表示）．
（5）已知Fe（OH）₃的KSP=2.79×10-39，而FeCl₃溶液总是显示较强的酸性，若某FeCl₃溶液的pH为3，则该溶液中c（Fe³⁺）=

 

mol?L^-1（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

考点：难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）根据K的定义结合方程式书写；
（2）根据盖斯定律结合热化学方程式计算；
（3）①根据初始的量，利用K的值结合三段式求算；
②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变；
（4）恒容绝热根据反应时温度变化，判断平衡移动，分析氢气的百分含量；
（5）根据溶液的PH和Fe（OH）₃的Ksp计算c（Fe³⁺）．

解答： 解：（1）已知铁与水的反应：3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g），则其平衡常数表达式为：K=

c4(H2)

c4(H2O)

；
故答案为：

c4(H2)

c4(H2O)

；
（2）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H ₁=-1118.4KJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H ₁=-483.8KJ/mol；
③2H₂（g）+O（g）?2H₂O（l）△H ₁=-571.8KJ/mol；
根据盖斯定律可知：△H=△H ₁+（-2△H₂）=-1118.4+483.8×2=-150.8KJ/mol；
故答案为：-150.8KJ/mol；
（3）①设甲容器中达到平衡时转化的水的物质的量为xmol，
               3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）
起始量（mol）：1        1        1          1
转化量（mol）：x                   x
平衡量（mol）：1-x                 1+x
则K=

c4(H2)

c4(H2O)

=

(1+x)4

(1-x)4

=16，所以x=

1

3

，则甲容器中H₂O的平衡转化率为

1 3 mol

1mol

×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
②A、该反应为气体体积不变的反应，所以容器内压强始终不变，不能用压强判断平衡状态，故A错误；
B、水蒸气的密度与氢气的密度不同，所以当容器内的密度不变时，即是平衡状态，故B正确；
C、设乙中水转化了xmol，则

( 1+x 2 )4

( 1.5+x 2 )4

=K=16，则x=0.667，所以乙中水的转化率为

0.667

1.5

×100%=44.4%，所以大于甲中转化率33.3%，故C错误；
D、增加固体的量平衡不移动，所以水的转化率不变，故D错误；
故答案为：B；
（4）由于反应前后气体体积相等，所以C条件下，平衡不移动，氢气的体积分数与平衡是相同；A状况下，反应正向进行生成氢气，反应放出热量使容器温度升高，抑制反应继续生成氢气，故氢气体积分数较低，B状况下反应逆向进行生成Fe和水，是吸热过程，使容器温度降低，抑制反应继续消耗氢气，所以氢气的体积分数较高，故H₂的百分含量按由大到小的顺序排列：B＞C＞A；
故答案为：B＞C＞A；
（5）已知Fe（OH）₃的Ksp=2.79×10^-39，而某FeCl₃溶液的pH为3，即c（H⁺）=10^-3mol/L，则c（OH^-）=10^-11mol/L，所以c（Fe³⁺）=

Ksp

c3(OH-)

=2.79×10^-6mol/L；
故答案为：2.79×10^-6．

点评：本题考查了化学平衡常数、盖斯定律、平衡状态的判断、Ksp的计算等，题目综合性较强，难度较大，侧重于对有关原理应用的考查．