解题思路:(1)①根据氢气的物质的量,利用化学计量数之比等于物质的量之比计算二氧化碳的物质的量,再v=
△n
V
△t
计算v(CO2);
②由于反应前后气体的体积不变,故650℃时开始加入4molCO、2molH2O与开始加入2molCO、1molH2O是等效平衡,故650℃时开始加入2molCO、1molH2O到达平衡时氢气的物质的量为0.8mol,实验2等效为在实验1的基础上移走2molCO、1molH2O到达平衡后,再升高温度到900℃时,实验2中氢气的物质的量为0.4mol,小于0.8mol,说明升高温度平衡向逆反应方向移动;
(2)①根据盖斯定律计算目标热化学方程式的反应热;
②Ⅰ.FeO为固体,颗粒大小不影响平衡移动;
Ⅱ.900℃时平衡时,FeO的转化率为40%,据此计算参加反应的FeO的物质的量,再利用三段式计算平衡时各物质的物质的量,再根据k=
c(
H
2
)
c(
H
2
O)
计算;
③1000℃时反应速率比900℃快,到达平衡所用时间短,由图1可知,升高温度FeO的转化率降低,平衡向逆反应方向移动,故升高温度H2O(g)转化率降低,固体颗粒不影响转化率,但颗粒越细,反应速率越快,据此画出图象.
(1)①、实验1中6min到达平衡时生成氢气1.6mol,根据方程式可知,生成二氧化碳的物质的量=1.6mol,故v(CO2)=
1.6mol
2L
6min=0.13mol/(L.min),
故答案为:0.13mol/(L.min);
②、由于反应前后气体的体积不变,故650℃时开始加入4molCO、2molH2O与开始加入2molCO、1molH2O是等效平衡,故650℃时开始加入2molCO、1molH2O到达平衡时氢气的物质的量为0.8mol,实验2等效为在实验1的基础上移走2molCO、1molH2O到达平衡后,再升高温度到900℃时,实验2中氢气的物质的量为0.4mol,小于0.8mol,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,升高温度平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,
故答案为:放热;
(2)①、已知:H2O(g)+3FeO(s)⇌Fe3O4(s)+H2(g)△H=a kJ/mol(Ⅰ)
2Fe3O4(s)=6FeO(s)+O2(g)△H=b kJ/mol(Ⅱ)
根据盖斯定律,(Ⅰ)×2+(Ⅱ)得:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g),故△H=(2a+b)kJ/mol,
故答案为:(2a+b)kJ/mol;
②Ⅰ.FeO为固体,颗粒大小不影响平衡移动,故使用细颗粒FeO与用粗颗粒FeO时H2O(g)的转化率相等,
故答案为:相等;
Ⅱ.900℃时平衡时,FeO的转化率为40%,平衡FeO转化的量为:n(FeO)=0.60mol×40%=0.24mol,则:
H2O(g)+3FeO(s)⇌Fe3O4(s)+H2(g)
开始(mol):0.2 0.6 0 0
转化(mol):0.08 0.24 0.08 0.08
平衡(mol):0.12 0.36 0.08 0.08
则k=
c(H2)
c(H2O)=
0.08mol
2L
0.12mol
2L=0.67
答:此温度下该反应的平衡常数为0.67;
③1000℃时反应速率比900℃快,到达平衡所用时间短,由图1可知,升高温度FeO的转化率降低,平衡向逆反应方向移动,故升高温度H2O(g)转化率降低,固体颗粒不影响转化率,但颗粒越细,反应速率越快,故图象为:
,
故答案为:
.
点评:
本题考点: 化学平衡的计算;吸热反应和放热反应;反应速率的定量表示方法;化学平衡的影响因素.
考点点评: 本题考查化反应速率计算、反应热计算、平衡常数计算、化学平衡计算及影响因素、化学平衡图象等,题目比较综合,难度中等,侧重对基础知识巩固,(2)中FeO颗粒对水的转化率影响为易错点,学生容易受氢气生成速率的影响做出错误的判断.