碳酸亚铁（FeCO3）是菱铁矿的主要成分，将其在空气中高温煅烧能生成Fe2O3．再将Fe2O3在一定条件下还原可得“纳米级”的金属铁，而“纳米级”的金属铁则可用于制造固体催化剂．（1）已知

Question

碳酸亚铁（FeCO₃）是菱铁矿的主要成分，将其在空气中高温煅烧能生成Fe₂O₃．再将Fe₂O₃在一定条件下还原可得“纳米级”的金属铁，而“纳米级”的金属铁则可用于制造固体催化剂．
（1）已知25℃，101kPa时：
①CO₂（g）=C（s）+O₂（g）△H=+393kJ•mol^-1
②铁及其化合物反应的焓变示意图如图1：

请写出FeCO₃在空气中煅烧生成Fe₂O₃的热化学方程式___．
（2）一定条件下Fe₂O₃可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁．其反应为：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）=2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H
①该反应的平衡常数K的表达式为___．
②该反应在3L的密闭容器中进行，2min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量减少4.8g，则该段时间内用H₂表示该反应的平均反应速率为___．
③在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量Fe₂O₃，然后分别充入a mol CH₄，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图2所示，此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定处于化学平衡状态的是___；上述反应的△H___0（填“大于”或“小于”）．
（3）还原的铁通过对N₂、H₂吸附和解吸可作为合成氨的固体催化剂．若用分别表示N₂、H₂、NH₃和固体催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程可用图表示：

①吸附后，能量状态最低的是___（填字母序号）．
②由上述原理，在铁表面进行NH₃的分解实验，发现分解速率与浓度关系如图3．从吸附和解吸过程分析，c₀前速率增加的原因可能是___；c₀后速率降低的原因可能是___．

Answer 1

（1）①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
铁及其化合物反应的焓变示意图如图1：写出热化学方程式为：
②2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=2FeCO₃（s）△H=+1480KJ/mol，
③4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=-1648KJ/mol
盖斯定律计算①×4-（②×2-③）得到FeCO₃在空气中煅烧生成Fe₂O₃的热化学方程式：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260 kJ•mol^-1，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260 kJ•mol^-1；
（2）①化学平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，该反应化学平衡常数K=(c3(CO)．c6(H2))/(c3(CH4))，
故答案为：(c3(CO)．c6(H2))/(c3(CH4))；
②Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═6H₂（g）+2Fe（s）+3CO（g）
       1mol                           6mol        
        (4.8g)/(160g/mol)                  n
 1mol：6mol=(4.8g)/(160g/mol)：n
n=0.18mol
氢气表示的反应速率=((0.18mol)/(3L))/(2min)=0.03 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.03 mol•L^-1•min^-1； 
③在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”的金属铁，然后分别充入a molCO和2amol H₂，2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）═Fe₂O₃（s）+3CH₄（g），根据图2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量，由小到大依次为：Ⅱ<Ⅰ<Ⅲ，T₁中的状态转变成T₂中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T₁未达平衡状态，T₂中的状态转变成T₃中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T₂可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是Ⅲ，2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）═Fe₂O₃（s）+3CH₄（g），该反应正反应为放热反应，上述反应Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）的△H<0，
故答案为：III；小于；  
（3）①由于化学键的断裂要吸收能量，故活化状态B的能量高于初始状态A的能量，而此反应为放热反应，故初始状态A的能量高于末态C的能量，故C的能量最低；
故答案为：C；
②c₀前氨的浓度增加，导致反应速率加快；c₀后由于氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸，故反应速率减慢；
故答案为：随着气相NH₃浓度的增加，催化剂的吸附率升高，固相NH₃浓度增加，NH₃的分解速率加快；催化剂吸附达到饱和，同时不利于解吸，NH₃的分解速率降低．