Question

9．鐵及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等方面具有廣泛用途．回答下列問(wèn)題：
（1）在FeCl₃飽和溶液中滴加飽和純堿溶液可觀察到有紅褐色沉淀和氣泡生成，寫出該反應(yīng)的離子方程式：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（2）工業(yè)上應(yīng)用鐵礦石冶煉金屬鐵時(shí)涉及的反應(yīng)有：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₁=-24.8kJ•mol^-1
3Fe₂O₃（s）+CO（g）═2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H₂=-47.2kJ•mol^-1
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H₃=+640.5kJ•mol^-1
寫出CO還原FeO的熱化學(xué)方程式：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol．
（3）綠礬（FeSO₄•7H₂O）在受熱條件下不穩(wěn)定，易發(fā)生分解．現(xiàn)取綠礬樣品8.34g，在隔絕空氣的條件下加熱，樣品質(zhì)量隨著溫度的變化曲線如圖所示．
159℃時(shí)的固體物質(zhì)的化學(xué)式為FeSO₄•H₂O；633℃時(shí)分解除生成固體物質(zhì)外，還有兩種氣體物質(zhì)，且這兩種氣體物質(zhì)的密度之比為4：5，則633℃時(shí)分解的化學(xué)方程式為2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
（4）已知密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：Fe（S）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0．測(cè)得在不同溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化數(shù)據(jù)如表所示．

溫度/℃	500	700	900
K	1.00	x	Y

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；上述表格中的x、y的數(shù)值可能是a（填字母）．
a．1.47、2.40    b．2.40、1.47      c．0.64、0.48d．0.48、0.64
②500℃時(shí)，在容積為2L的密閉容器中放入2mol鐵粉和2mol CO₂，若測(cè)得10min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則0～10min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=0.05mol/（L•min）．
③800℃時(shí)，在反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，要使反應(yīng)速率減小且平衡逆向移動(dòng)，可采取的措施有減小二氧化碳的物質(zhì)的量（或者降低溫度）（寫出一種即可）．
（5）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）能有效地殺滅水中的病菌和病毒，在對(duì)水的消毒和凈化過(guò)程中，不產(chǎn)生任何對(duì)人體有害的物質(zhì)，其消毒和除污效果比含氯消毒劑要好．高鐵酸鈉的制備方法之一是電解：Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，電解質(zhì)溶液選用NaOH溶液．該電解池的陽(yáng)極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）三價(jià)鐵離子與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳；
（2）首先寫出FeO（s）被CO還原成Fe和CO₂的熱化學(xué)方程式CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H，利用蓋斯定律①×3-（③×2+②）可得到該化學(xué)方程式，以此計(jì)算△H；
（3）溫度為l59℃時(shí)，固體質(zhì)量為5.10g，其中m（FeSO₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂O）=5.10g-4.56g=0.54g，n（H₂O）=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，則n（H₂O）：n（FeSO₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，據(jù)此書寫化學(xué)式；
633度是硫酸亞鐵的分解，分解的固體物質(zhì)為鐵的氧化物，有圖象可知此時(shí)固體質(zhì)量為2.40g，其中n（Fe）=n（FeSO₄•7H₂O）=0.03mol，m（Fe）
=0.03mol×56g/mol=1.68g，則固體中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，故n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，則：n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，因此該溫度分解的固體物質(zhì)為Fe₂O₃，分解后的兩種氣體物質(zhì)密度之比為4：5，故分別為SO₂、SO₃，依據(jù)原子個(gè)數(shù)，得失電子數(shù)守恒書寫方程式；
（4）①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積比值；平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，F(xiàn)e（S）+CO2（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)增大，據(jù)此判斷；
②500℃時(shí)，K=1，即K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$=1，則平衡時(shí)C（CO）=C（CO₂），據(jù)此計(jì)算平衡時(shí)C（CO₂）及二氧化碳物質(zhì)的量濃度變化量，依據(jù)速率計(jì)算公式解答；
③依據(jù)濃度、溫度、壓強(qiáng)對(duì)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響判斷解答；
（5）電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)方程式可知：鐵在堿性環(huán)境下失去電子生成高鐵酸根離子和水．

解答 解：（1）三價(jià)鐵離子與碳酸根離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳，離子方程式：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（2）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；△H=-24.8kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）；△H=-47.2kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）；△H=+640.5kJ•mol；
依據(jù)蓋斯定律$\frac{①×3-（③×2+②）}{6}$得：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol
故答案為：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol
（3）溫度為l59℃時(shí)，固體質(zhì)量為5.10g，其中m（FeSO₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂O）=5.10g-4.56g=0.54g，n（H₂O）=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，則n（H₂O）：n（FeSO₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，所以化學(xué)式為FeSO₄•H₂O；
633度是硫酸亞鐵的分解，分解的固體物質(zhì)為鐵的氧化物，有圖象可知此時(shí)固體質(zhì)量為2.40g，其中n（Fe）=n（FeSO₄•7H₂O）=0.03mol，m（Fe）
=0.03mol×56g/mol=1.68g，則固體中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，故n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，則：n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，因此該溫度分解的固體物質(zhì)為Fe₂O₃，分解后的兩種氣體物質(zhì)密度之比為4：5，故分別為SO₂、SO₃，依據(jù)原子個(gè)數(shù)，得失電子數(shù)守恒反應(yīng)的化學(xué)方程式：2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
故答案為：FeSO₄•H₂O；2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（4）①Fe（S）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0平衡常數(shù)為：K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)增大，故xy呈增大趨勢(shì)，且x大于1，只有a項(xiàng)符合要求，故a項(xiàng)正確；
故答案為：$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；a；
②500℃時(shí)，K=1，即K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$=1，則平衡時(shí)C（CO）=C（CO₂），則△C（CO₂）=$\frac{2mol-1mol}{2L×10min}$=0.05mol/（L•min）；
故答案為：0.05mol/（L•min）；
③800℃時(shí)，在反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，要使反應(yīng)速率減小且平衡逆向移動(dòng)，則需要降低反應(yīng)物濃度，二氧化碳為反應(yīng)物，所以可以減小二氧化碳的物質(zhì)的量；
該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，降低溫度，反應(yīng)速率降低，平衡逆向移動(dòng)；
故答案為：減小二氧化碳的物質(zhì)的量（或者降低溫度）；
（5）電解池中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)方程式可知：鐵在堿性環(huán)境下失去電子生成高鐵酸根離子和水，電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了鹽類水解方程式的書寫，熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡表達(dá)式的書寫及平衡常數(shù)的應(yīng)用，反應(yīng)速率、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素，電解池電極反應(yīng)式的書寫，題目綜合性較強(qiáng)，熟練掌握蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱方法，明確化學(xué)平衡的相關(guān)理論，電解池工作原理是解題關(guān)鍵，難度較大．