Question

I．高爐煉鐵是冶煉鐵的主要方法，發生的主要反應為：
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，則△H=

 

（用含△H₁、△H₂代數式表示）
（2）高爐煉鐵反應的平衡常數表達式K=

 

．
（3）在T℃時，該反應的平衡常數K=64，在 2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質，反應經過一段時間后達到平衡．

	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的平衡轉化率為

 

．
②下列說法正確的是

 

（填編號）．
A．若容器壓強恒定，反應達到平衡狀態     B．若容器內氣體密度恒定，反應達到平衡狀態
C．甲容器中CO的平衡轉化率大于乙的      D．增加Fe₂O₃就能提高CO的轉化率
II．納米MgO可用尿素與氯化鎂合成．某小組研究該反應在溫度為378～398K時的反應
時間、反應物配比等因素對其產率的影響．請完成以下實驗設計表：

編號	溫度/K	反應時間/h	反應物物質的量配比	實驗目的
①	378	3	3：1	實驗②和④探究   實驗②和   探究反應時間對產率的影響
②	378	4	4：1
③	378	3
④	398	4	4：1

如圖為溫度對納米MgO產率（曲線a）和粒徑（曲線b）的影響，請歸納出溫度對納米 MgO制備的影響（寫出一條）：

 

．

Answer 1

分析：I．（1）根據蓋斯定律，由已知熱化學方乘以適當的系數進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數并進行相應的加減； 
（2）化學平衡常數是指平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數，不需要寫固體、純液體；
（3）①令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數，而平衡常數為64計算出n的值，再利用轉化率定義計算CO的轉化率；
②A、反應前后氣體體積沒有變化的反應，容器中的壓強不再發生變化，不能證明達到了平衡狀態；
B、容器的體積保持不變，根據質量守恒定律知，反應前后混合氣體的質量會變，所以容器內氣體的密度會變，當容器中氣體的密度不再發生變化時，能表明達到化學平衡狀態；
C、反應前后氣體體積沒有變化的反應，增加反應物氣體的物質的量平衡不發生移動；
D、增加固體的物質的量，不影響平衡移動；
II． 根據控制變量法進行對比試驗，研究溫度、反應時間、反應物配比對氧化鎂產率，分析對比實驗的變量不同進行解答．
由圖表中數據可知，在378K～398K，納米MgO的粒徑大小無明顯變化，在383K較低溫度下有利于形成較小的顆粒，納米MgO產率隨溫度的升高而增大；

解答：解：I．（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁  ①
               C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂  ②
由①-②×3，得到熱化學方程式：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=△H₁-3△H₂，
故答案為：△H₁-3△H_2；
（2）反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）的平衡常數K=

c3(CO2)

c3(CO)

，故答案為：

c3(CO2)

c3(CO)

；
（3）①令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
             Fe₂O₃（s）+3CO（g）?Fe（s）+3CO₂（g）
開始（mol）：1         1        1        1      
變化（mol）：n         n        n        n
平衡（mol）：1-n       1-n       n        n
所以K=

c3(CO2)

c3(CO)

=

n3(CO2)

n3(CO)

=

n 3

(1-n ) 3

=64，解得n=0.6，所以CO的平衡轉化率為

0.6mol

1mol

×100%=60%，故答案為：60%；
②②A、該反應是反應前后氣體體積沒有變化的反應，容器中的壓強不再發生變化，不能證明達到了平衡狀態，故A錯誤；
B、該容器的體積保持不變，根據質量守恒定律知，反應前后混合氣體的質量會變，所以容器內氣體的密度會變，當容器中氣體的密度不再發生變化時，能表明達到化學平衡狀態，故B正確；
C、該反應是反應前后氣體體積沒有變化的反應，增加反應物氣體的物質的量平衡不發生移動，轉化率不變，故C錯誤；
D、氧化鐵是固體，增加Fe₂O₃的量，不影響平衡移動，故D錯誤；
故選：B．
II．實驗根據控制變量法進行對比試驗，研究溫度、反應時間、反應物配比對氧化鎂產率的影響．
實驗①和③，溫度相同，反應時間相同，應研究反應物配比對氧化鎂產率的影響，③中反應物配比應為4：1；
實驗②和④，反應時間相同，反應物配比相同，溫度不同，應是探究溫度對產率的影響；
③中反應物配比應為4：1，實驗②和③，溫度相同、反應物配比相同，反應時間不同，探究反應時間對產率的影響．
故答案為：4：1；溫度對產率的影響；③；
由圖表中數據可知，在378K～398K，納米MgO的粒徑大小無明顯變化，在383K較低溫度下有利于形成較小的顆粒，納米MgO產率隨溫度的升高而增大．
故答案為：在378K～398K，納米MgO的粒徑大小無明顯變化，在383K較低溫度下有利于形成較小的顆粒，納米MgO產率隨溫度的升高而增大．

點評：本題考查化學平衡計算、化學平衡的判斷、對實驗數據圖象的分析等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識分析問題、解決問題能力．