Question

【題目】近年來，磁性材料的研究備受國際磁學界的關注。Fe3O4具有許多優異的性能，在磁性材料等領域應用廣泛。回答下列問題：

(1)以太陽能為熱源分解Fe3O4，經由熱化學鐵氧化合物循環分解水制H2的過程如圖所示。

已知：H2O(l)= H2(g)+O2(g)△H1+285.5kJ·mol-1

過程I：2 Fe3O4(s)6 FeO (s)+O2(g)△H2=+313.2kJmol-1

則過程II的熱化學方程式為 ______________________________。

(2)磁鐵礦(Fe3O4)是工業上冶煉鐵的原料之一，發生的主要反應為Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)△H <0，T℃ 時，在 1L 恒容密閉容器中加入Fe3O4、CO各0.5mol，5min反應達到平衡時，固體質量減小了6.4g。

①從起始到反應達到平衡時v(CO2)=______，T℃時，該反應的平衡常數K=________。

②欲提高該反應中 CO的平衡轉化率，可采取的措施是______(任寫一個即可)。

③其他條件不變時，該反應在不同溫度下，CO2的產率隨時間的變化α(CO2)~t曲線如圖所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關系是____，判斷依據是_______。

Answer 1

【答案】3FeO(s)+H2O(1)= H2(g)+Fe3O4(s)△H=+128.9kJmo1-1 0.08mo1L-1 min-1 256 移出CO2(或降低溫度) T1>T2>T3 其他條件相同時，曲線斜率T1>T2>T3，即反應速率v1>v2>v3，而溫度越高，反應速率越快，所以T1>T2>T3[或該反應是放熱反應，溫度越高，達到平衡時α(CO2）越小或溫度越高，達到平衡時所需時間越短]

【解析】

根據圖中信息和蓋斯定律書寫熱化學方程式并計算ΔH，根據固體減少的質量計算固體減少的物質的量，結合方程式計算CO2生成的物質的量，利用三段式計算反應的平衡常數，根據平衡移動原理判斷提高平衡轉化率的措施，根據“先拐先平”比較溫度大小。

(1)根據圖中信息可知，過程II的方程式為3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)，已知①H2O(1)=H2(g)+O2(g)△H1=+285.5kJ·mol-1，②2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g)△H2=+313.2kJ·mol-1，根據蓋斯定律，由①-②×得反應3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)△H=+285.5kJ·mol-1-313.2kJ·mol-1×=+128.9kJ/mol；

(2)①1L恒容密閉容器中加入Fe3O4、CO各0.5mol，5min反應達到平衡時，固體質量減小了6.4g，根據方程式可知，固體減少的質量即為4個O原子的質量，則有：

所以生成CO2的質量x=17.6g，即物質的量為0.4mol，所以，根據轉化關系列三段式有：

所以平衡常數；

②該反應為放熱反應，欲提高該反應中CO的平衡轉化率，則使平衡正向移動，可采取的措施是移出CO2或降低溫變；

③由圖像可知，其他條件相同時，曲線斜率T1>T2>T3，即反應速率v1>v2>v3，而溫度越高，反應速率越快，所以T1>T2>T3[或該反應是放熱反應，溫度越高，達到平衡時α(CO2）越小或溫度越高，達到平衡時所需時間越短]。