高炉炼铁过程中发生的主要反应为:
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g).已知该反应在不同温度下的平衡常数如下:2 3
温度/℃ | 1000 | 1150 | 1300 |
平衡常数 | 4.0 | 3.7 | 3.5 |
(1)该反应的平衡常数表达式K=______,△H______0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在一个容积为10L的密闭容器中,1000℃时加入Fe2O3、CO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)=______CO的平衡转化率=______
(3)欲提高(2)中CO的平衡转化率,可采取的措施是______.
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
(4)在1L的密闭容器中,1300℃条件,下列达平衡状态的是______.
A | B | C | D | |
n(Fe2O3) | 0.350 | 0.027 | 0.080 | 0.080 |
n(CO) | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.050 |
n(Fe) | 0.100 | 0.064 | 0.080 | 0.080 |
n(CO2) | 0.035 | 0.088 | 0.040 | 0.050 |
(1)反应
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g)的平衡常数k=2 3
,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)令平衡时CO的物质的量变化为nmol,则:
Fe2O3(s)+CO(g)⇌1 3
Fe(s)+CO2(g)2 3
开始(mol):1 0
变化(mol):n n
平衡(mol):1-n n
所以
=4,解得n=0.8,n 1-n
所以n(CO)=
=0.008 mol•L-1•min-1,0.8mol 10L 10min
CO的平衡转化率为
×100%=80%,0.8mol 1mol
故答案为:0.008 mol•L-1•min-1;80%;
(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)A、浓度商Qc=
=3.5,等于平衡常数,故处于平衡状态,故A符合;0.035mol 0.01mol
B、浓度商Qc=
=8.8,大于平衡常数3.5,故反应向逆反应进行,故B不符合;0.88mol 0.01mol
C、浓度商Qc=
=4,大于平衡常数3.5,故反应向逆反应进行,故C不符合;0.04mol 0.01mol
D、浓度商Qc=
=1,小于平衡常数3.5,故反应向正反应进行,故D不符合;0.05mol 0.05mol
故选A.