Question

高炉炼铁过程中发生的主要反应为：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：

温度/°C	1000	1150	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式K=

c(CO2)

c(CO)

，△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在一个容积为10L的密闭容器中，保持1000℃恒温，加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反应经过l0min后达到平衡．
①能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是

bce

．
a．容器中压强不变     b．混合气体中c（CO）不变   c．容器中混合气体密度不变    d．c（CO₂）=c（CO）       e．v_正（CO）=v_逆（CO₂）
②求l0min内该反应的平均反应速率υ（CO₂）=

0.006mol?L^-1?min^-1

，CO的平衡转化率为

60%

．
（3）欲提高（2）中CO的平衡转化率，可采取的措施是

C

．
A．增加高炉高度     B．增加Fe₂O₃的量   C．移出部分CO₂
D．提高反应温度     E．减小容器的容积     F．加入合适的催化剂
（4）若在与（2）中完全相同的反应条件下，起始时加入a mol Fe₂O₃和2.0molCO，反应经过t min后达到平衡，且CO的平衡浓度与（2）中CO的平衡浓度相同．则a的最小值应大于

8

15

；若不考虑固体反应物总表面积变化对反应速率的影响，可判断t应

＞

10（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析：（1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写，注意固体、纯液体的浓度为常数，不需要写固体、纯液体；
由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，故升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应；
（2）①化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，也可以判断平衡状态，以此解答；
②令平衡时CO的物质的量变化为nmol，利用三段式表示出平衡时CO、CO₂的物质的量，化学计量数都是1，利用物质的量代替浓度代入平衡常数计算n的值，进而计算CO₂的浓度变化量，利用v=

△c

△t

计算v（CO₂），再利用转化率定义计算CO的转化率；
（3）提高CO的平衡转化率，应使平衡向正反应移动，但不能增大CO的用量，结合选项根据平衡移动原理分析；
（4）利用三段式表示出平衡时CO、CO₂的物质的量，即可计算消耗的Fe₂O₃的量，因为两次平衡的平衡状态相同，反应到达平衡是转化的CO的物质的量比（2）多，其他条件都相同，所以用时比（2）长．

解答：解：（1）反应

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）的平衡常数k=

c(CO2)

c(CO)

，
由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，故升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：

c(CO2)

c(CO)

；＜；
（2）①反应前后发生变化的量不变即是平衡状态，
a．反应前后气体计量数相同，所以压强不变不能判断平衡状态，故a错误；
b．平衡时各物质的浓度不变，所以混合气体中c（CO）不变，即是平衡状态，故b正确；
c．容器中混合气体的体积不变，质量增大，所以密度增大，当密度不变时，即是平衡状态，故c正确；
d．到达平衡是二氧化碳与一氧化碳的浓度不相等，故c（CO₂）=c（CO）不是平衡状态，故d错误；
e．不同物质的正逆反应速率之比等于计量数之比即是平衡状态，所以v_正（CO）=v_逆（CO₂）是平衡状态，故e正确；
故答案为：bce；
②令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）           
开始（mol）：1                 1
变化（mol）：n                 1+n
平衡（mol）：1-n               1+n
所以

1+n

V            1-n V

=4，解得n=0.6，
所以n（CO₂）=

0.6mol

10L        10min

=0.006 mol?L^-1?min^-1，
CO的平衡转化率为

0.6mol

1mol

×100%=60%，
故答案为：0.006 mol?L^-1?min^-1；60%；
（3）A．铁是固体，减少Fe的量，不影响平衡移动，CO的平衡转化率不变，故A错误；
B．氧化铁是固体，增加Fe₂O₃的量，不影响平衡移动，CO的平衡转化率不变，故B错误；
C．移出部分CO₂，平衡向正反应移动，CO的平衡转化率增大，故C正确；
D．该反应正反应是放热反应，提高反应温度，平衡向逆反应移动，CO的平衡转化率降低，故D错误；
E．反应前后气体的物质的量不变，减小容器的容积，增大压强平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故E错误；
F．加入合适的催化剂，平衡不移动，故F错误；
故选C；
（4）令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：
          

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

Fe（s）+CO₂（g）
开始（mol）：2
变化（mol）：

1

3

n        n                 n
平衡（mol）：2-n                n
则

n

10L          2-n 10L

=4，所以n=

8

5

mol，所以n（Fe₂O₃）=

1

3

n=

8

15

mol，因为反应消耗了

8

15

molFe₂O₃，所以Fe₂O₃应大于

8

15

mol；
因为两次平衡的平衡状态相同，反应到达平衡是转化的CO的物质的量比（2）多，其他条件都相同，所以用时比（2）长，故t＞10min；
故答案为：

8

15

；＞．

点评：本题考查化学平衡的有关计算、化学反应速率计算、平衡常数等，难度中等，注意掌握化学平衡常数的应用：1、用来判断反应进行的程度，2、判断反应的热效应，3、判断反应进行的方向，4、用来计算物质的转化率．