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。如铁与水反应：3Fe(s)＋4H₂O(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＝－1118.4kJ/mol
②2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)  △H₂＝－483.8kJ/mol
③2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(l)  △H₃＝－571.8kJ/mol
则△H＝_______。
(3)在t⁰C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，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下列说法正确的是_______ (填编号)
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)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,上述各装置中H₂的百分含量按由大到小的顺序排列的关系是
________(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

（每空2分，最后两空每空3分，共计14分）（1）K＝ （2）－150.8kJ/mol
（3）①33.3% ②BC （4）B＞C＞A （5）2.79×10^－6

试题分析：（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据该反应的化学方程式可知，平衡常数表达式K＝。
（2）根据盖斯定律可知，①－②×2即得到反应3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)，所以该反应的反应热△H＝－1118.4kJ/mol＋483.8kJ/mol×2＝－150.8kJ/mol。
（3）①          3Fe(s)＋4H₂O(g)＝Fe₃O₄(s)＋4H₂(g)
起始浓度（mol/L）         0.5               0.5
转化浓度（mol/L）         x                 x
平衡浓度（mol/L）      0.5－x             0.5＋x
则根据平衡常数K＝可知＝16
解得x＝，所以水蒸气的转化率＝×100%＝33.3%
②A、反应前后体积不变，压强始终不变，所以若容器压强恒定，则反应不一定达到平衡状态，A不正确；B、密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容器容积不变，氮气体的质量是变化的，所以若容器内气体密度恒定，则反应达到平衡状态，B正确；C、乙容器相当于是在甲容器的基础上增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，但水蒸气的转化率降低，即甲容器中H₂O的平衡转化率大于乙容器中H₂O的平衡转化率，C正确；D、四氧化三铁是固体，所以增加Fe₃O₄不能提高H₂O的转化率，D不正确，答案选BC。
（4）A相当于是在原平衡的基础上增大压强平衡不移动，但反应放热多。由于是绝热容器，温度升高，使平衡向逆反应方向移动，氢气含量降低；B也相当于是在原平衡的基础上增大压强平衡不移动，但反应吸热。由于是绝热容器，温度降低，使平衡向正反应方向移动，氢气含量增大；C相当于是等效平衡，氢气含量不变，所以各装置中H₂的百分含量按由大到小的顺序排列的关系是B＞C＞A。
（5）FeCl₃溶液的pH为3,则溶液中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。