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：

温度/℃	1000	1150	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

请回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式K=

c(CO2)

c(CO)

，△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）；
（2）欲提高CO的平衡转化率，可采取的措施是

C

．
A．减少Fe的量     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
（3）在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反应经过l0min后达到平衡．求该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）以及达平衡时CO的体积分数．（必须写出计算过程）

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）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；
（3）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CO的浓度变化量，利用v=

△c

△t

计算v（CO），再利用转化率定义计算CO的转化率．

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）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；
（3）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 0
变化（mol）：n n
平衡（mol）：1-n n
所以

n

1-n

=4，
解得n=0.8，
所以υ（CO）=

0.8mol 10L

10min

=0.008 mol?L^-1?min^-1，
CO的平衡转化率为

0.8mol

1mol

×100%=80%，
答：该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）=0.008 mol?L^-1?min^-1；达平衡时CO的体积分数：80%；

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．