Question

I．高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：

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

  则△H___________________(用含△H₁  、△H₂的代数式表示)。

（2）高炉炼铁反应的平衡常数表达式K=____________________________。

（3）在某温度时，该反应的平衡常数K=64，在2L恒容密闭容器甲和乙中，分别按下表所示加入物质，反应经过一段时间后达到平衡。

	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的平衡转化率为_______________________。

②下列说法正确的是____________________(填编号）。

A．若容器压强恒定，反应达到平衡状态

B．若容器内气体密度恒定，反应达到平衡状态

C．甲容器中CO的平衡转化率大于乙的

D．增加Fe₂O₃就能提高CO的转化率

II．纳米MgO可用尿素与氯化镁合成。某小组研究该反应在温度为378～398K时的反应时间、反应物配比等因素对其产率的影响。请完成以下实验设计表：

编号	温度/K	反应时间/h	反应物物质的量配比	实验目的
①	378	4	3∶1	实验②和④探究________ ______________________ 实验②和__________探究 反应时间对产率的影响。
②	378	4	4∶1
③	378	3	_______
④	398	4	4∶1

 

下图为温度对纳米MgO产率（曲线a）和粒径(曲线b)的影响，请归纳出温度对纳米MgO制备的影响规律（写出一条）：                                                                            

___________________________________________。

 

 

Answer 1

【答案】

（16分）I．（1）△H₁ －3△H₂（2分）

 

（2）     （3分）  注：用“[  ]”表示平衡浓度的也给分  

（3）①60%（2分）     ②B（2分）

II．  4∶1（1分）  温度对产率的影响（2分）    ③（1分）

在378～398K（1分），生成的纳米MgO的粒径大小无明显变化（合理则给分）（2分）

或者：在378K～398K（1分或在实验温度下也得分），随温度的升高，产率增大（2分）

383K较低温度下有利于形成较小的颗粒（3分）

注：填“在实验温度下”也得分。

【解析】

试题分析：（1）观察已知热化学方程式，根据盖斯定律，可以用①－②×3约去3C(石墨)，得到高炉炼铁的反应式，则Fe₂O₃(s) + 3CO(g)2Fe(s)+3CO₂(g)的△H =①的焓变－②的焓变×3=△H₁ －3△H₂；（2）根据平衡常数的概念，由于固体物质或纯液体的浓度是常数，不能写进表达式，则高炉炼铁的平衡常数K=c³(CO₂)/c³(CO)；（3）①起始时甲容器中c³(CO₂)/c³(CO)=1.0³/1.0³=1<64，说明该反应一定从正反应方向开始进行，反应物浓度减小，生成物浓度增大，直到达到新的平衡，设CO的平衡转化率为x，则：

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

起始浓度/ mol·L^－1                  0.5                    0.5

变化浓度/ mol·L^－1                 0.5x                    0.5x

平衡浓度/ 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，则( 1+x)/(1－x)=4，1+x=4－4x，5x=3，x=0.6或60%

②正反应是气态物质体积保持不变的反应，则反应前后气态物质的物质的量保持不变，则平衡前后气体的压强不变，故A错误；混合气体的密度=混合气体的总质量/容器的容积，由于反应物和生成物中都有固体物质参加，且平衡前混合气体的总质量会增大，只有平衡时混合气体的总质量才保持不变，密度才不变，故B正确；正反应是气态物质体积保持不变的反应，增大CO浓度必然同时增大压强，增大压强时该平衡不能移动，CO的转化率不变，故C错误；氧化铁的固体，其浓度是常数，增加氧化铁的量不能增大反应物浓度或压强，平衡不会移动，则CO的转化率不变，故D错误；（4）根据控制变量设计探究实验方案的原理可知，实验①和②探究的目的是反应物配比对纳米MgO产率的影响，实验②和④探究的目的是温度对纳米MgO产率的影响，实验②和③探究的目的是反应时间对纳米MgO产率的影响；读图可知，在378～398K，生成的纳米MgO的粒径大小无明显变化，或者在378K～398K（或在实验温度下），随温度的升高，产率增大，383K较低温度下有利于形成较小的颗粒。

考点：考查化学反应原理大题，涉及盖斯定律的应用、化学平衡常数及应用、平衡转化率的计算、化学平衡移动、设计几种因素影响产率的探究实验、解释化学平衡图像等知识。