Question

我國是個鋼鐵大國，鋼鐵產量為世界第一，高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法．高爐內可能發(fā)生如下反應：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁═-393.5kJ?mol^-1       ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂═+172.5kJ?mol^-1                 ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s）△H₃═-13.7kJ?mol^-1       ③
請回答下列問題：
（1）從反應原理看，C在高爐中的作用是

 

；計算3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）的△H=

 

．
（2）800℃時，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常數K=1.64，相同條件下測得高爐內c（CO）=0.20mol?L^-1、c（CO₂）═0.05mol?L^-1，此時反應向

 

（填“正”或“逆”）方向進行．
（3）對于在一定溫度下在密閉容器中進行的可逆反應：4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），增加CO的量，CO的轉化率

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）某種礦石中鐵元素以氧化物Fe_mO_n形式存在，現(xiàn)進行如下實驗：將少量鐵礦石樣品粉碎，稱取25.0g樣品于燒杯中，加入稀硫酸充分溶解，并不斷加熱、攪拌，濾去不溶物．向所得濾液中加入10.0g銅粉充分反應后過濾、洗滌、干燥得剩余固體3.6g．剩下濾液用濃度為2mol?L^-1的酸性KMnO₄滴定，至終點時消耗KMnO₄溶液體積25.0mL．提示：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺      8H⁺+MnO₄^-+5Fe²⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
①該鐵礦石中鐵元素的質量分數為

 

；
②氧化物Fe_mO_n的化學式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,元素質量分數的計算,化學平衡的計算

專題：計算題,基本概念與基本理論

分析：（1）分析反應原理得到碳的用途，根據已知熱化學方程式結合蓋斯定律計算反應熱；
（2）計算濃度商，與平衡常數比較，依此判斷反應進行的方向；
（3）反應前后氣體體積不變，反應物和生成物中氣體只有一種物質，增加一氧化碳的量相當于增大壓強，平衡不變，一氧化碳轉化率不變；
（4）①參加反應的MnO₄^-的物質的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據離子方程式計算n（Fe²⁺），根據元素守恒，氧化物中鐵元素的質量等于Fe²⁺的質量；
②參加反應的銅的質量為10g-3.6g=6.4g，銅發(fā)生反應Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺．由反應可知硫酸與氧化物反應后的溶液中鐵離子n（Fe³⁺）=2n（Cu），亞鐵離子n（Fe²⁺）=0.25mol-n（Fe³⁺），判斷氧化物中鐵離子與亞鐵離子數目比，據此書寫化學式．

解答： 解：（1）從反應原理看，C在高爐中的作用是作燃料，為冶煉提供能量，作還原劑，為冶煉提供還原劑CO；
已知高爐內可能發(fā)生如下反應：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g），△H₁=-393.5kJ?mol^-1 ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g），△H₂=+172.5kJ?mol^-1 ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），△H₃=-13.7kJ?mol^-1 ③
根據蓋斯定律：①×2-②×2-③，可得方程3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s），則△H=2△H₁-2△H₂-△H₃=-393.5×2-172.5×2+13.7=-1118.3kJ?mol^-1，
故答案為：作燃料，為冶煉提供能量，作還原劑，為冶煉提供還原劑CO，-1118.3kJ?mol^-1；
（2）已知C（s）+CO₂（g）?2CO（g），則Qc=

c2(CO)

c(CO2)

=

0．22

0.05

=0.8＜K=1.64，說明反應未達到平衡，所以反應向正方向進行，
故答案為：正；
（3）反應前后氣體體積不變，反應物和生成物中氣體只有一種物質，增加一氧化碳的量相當于增大壓強，平衡不變，一氧化碳轉化率不變；
故答案為：不變；
（4）①參加反應的MnO₄^-的物質的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據離子方程式可知n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.05mol=0.25mol，根據元素守恒，氧化物中鐵元素的質量等于Fe²⁺的質量為0.25mol×56g/mol=14g；所以鐵礦石中鐵元素的質量分數為

14g

25g

×100%=56%；
故答案為：56%；
②參加反應的銅的質量為10g-3.6g=6.4g，物質的量為

6.4g

64g/mol

=0.1mol，銅發(fā)生反應Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，由反應可知硫酸與氧化物反應后的溶液中n（Fe³⁺）=2n（Cu）=0.2mol，所以n（Fe²⁺）=0.25mol-0.2mol=0.05mol，所以鐵的氧化物中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=0.2mol：0.05mol=4：1，故該鐵氧化物可表示為2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇，
故答案為：2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用，化學平衡的計算，有關方程式的計算等，題目難度中等，側重于對學生計算能力和分析解決問題的能力的考查．