Question

16．据报道，一定条件下 Fe₂O₃可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁．其反应为：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）
（1）反应在5L的密闭容器中进行，2min 后达到平衡，测得 Fe₂O₃在反应中质量减少 4.8g．则该段时间内H₂的平均反应速率为0.018mol•（L•min）^-1；
（2）将固定质量的 Fe₂O₃（s）和 CH₄（g）置于恒温恒压容器中，在一定条件下反应，能表明该反应达到平衡状态的是BCD；
A．CH₄的转化率等于 CO的产率            B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．v 正（CO）：v 逆（H₂）=1：2              D．固体的总质量不变
（3）FeO 可用CO进行还原，已知：t℃时，FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）    K=0.5
若在 1L密闭容器中加入0.04mol FeO（s），并通入 x mol CO，t℃时反应达到平衡．此时FeO（s）的转化率为 50%，则x=0.06．
（4）在3L容积可变的密闭容器中发生反应：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），c（CO₂）随反应时间t变化如图中曲线Ⅰ所示．若在t₀时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ．当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是加入催化剂．当通过改变压强使曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，曲线Ⅲ达到平衡时容器的体积为2L．

Answer 1

分析 （1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根据方程式知，有0.03mol氧化铁参加反应时有0.18mol氢气生成，根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算该段时间内氢气平均反应速率；
（2）可逆反应达到平衡状态时，该物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（4）参加反应的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根据方程式知，参加反应的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的体积为1L，则平衡时c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，据此计算x值；
（4）图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；曲线I变为曲线III时，一氧化碳的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L变为2L．

解答 解：（1）n（Fe₂O₃）=$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根据方程式知，有0.03mol氧化铁参加反应时有0.18mol氢气生成，v（H₂）=$\frac{\frac{0.18mol}{5L}}{2min}$=0.018mol•（L•min）^-1，
故答案为：0.018mol•（L•min）^-1；
（2）A．CH₄的转化率等于CO的产率时，该反应不一定达到平衡状态，故A错误；
B．混合气体的平均相对分子质量不变时，各物质的物质的量不变，该反应达到平衡状态，故B正确；
C．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2时，同一物质的正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故C正确；
D．固体的总质量不变时，该反应达到平衡状态，故D正确；
故选BCD；
（3）参加反应的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根据方程式知，参加反应的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的体积为1L，则平衡时c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，
化学平衡常数K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，x=0.06，
故答案为：0.06；
（4）分析图象知t₀时刻改变一个条件，曲线I变为曲线II，一氧化碳的平衡浓度没有变化而达平衡的时间缩短，改变的条件是加入催化剂；反应②为反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不移动，曲线I变为曲线III时，一氧化碳的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L变为2L．
故答案为：加入催化剂；2．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，只有反应前后改变的物理量不变时可逆反应就达到平衡状态，会化学平衡常数的有关计算，题目难度不大．