Question

9．铁及其化合物在工农业生产、科学研究等方面具有广泛用途．回答下列问题：
（1）在FeCl₃饱和溶液中滴加饱和纯碱溶液可观察到有红褐色沉淀和气泡生成，写出该反应的离子方程式：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（2）工业上应用铁矿石冶炼金属铁时涉及的反应有：
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
写出CO还原FeO的热化学方程式：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol．
（3）绿矾（FeSO₄•7H₂O）在受热条件下不稳定，易发生分解．现取绿矾样品8.34g，在隔绝空气的条件下加热，样品质量随着温度的变化曲线如图所示．
159℃时的固体物质的化学式为FeSO₄•H₂O；633℃时分解除生成固体物质外，还有两种气体物质，且这两种气体物质的密度之比为4：5，则633℃时分解的化学方程式为2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
（4）已知密闭容器中发生反应：Fe（S）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0．测得在不同温度下，该反应的平衡常数随温度的变化数据如表所示．

温度/℃	500	700	900
K	1.00	x	Y

①该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；上述表格中的x、y的数值可能是a（填字母）．
a．1.47、2.40    b．2.40、1.47      c．0.64、0.48d．0.48、0.64
②500℃时，在容积为2L的密闭容器中放入2mol铁粉和2mol CO₂，若测得10min时反应达到平衡状态，则0～10min内的平均反应速率v（CO₂）=0.05mol/（L•min）．
③800℃时，在反应达到平衡状态后，要使反应速率减小且平衡逆向移动，可采取的措施有减小二氧化碳的物质的量（或者降低温度）（写出一种即可）．
（5）高铁酸钠（Na₂FeO₄）能有效地杀灭水中的病菌和病毒，在对水的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物质，其消毒和除污效果比含氯消毒剂要好．高铁酸钠的制备方法之一是电解：Fe+2H₂O+2OH^-$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑，电解质溶液选用NaOH溶液．该电解池的阳极反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）三价铁离子与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳；
（2）首先写出FeO（s）被CO还原成Fe和CO₂的热化学方程式CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H，利用盖斯定律①×3-（③×2+②）可得到该化学方程式，以此计算△H；
（3）温度为l59℃时，固体质量为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，则n（H₂O）：n（FeSO₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，据此书写化学式；
633度是硫酸亚铁的分解，分解的固体物质为铁的氧化物，有图象可知此时固体质量为2.40g，其中n（Fe）=n（FeSO₄•7H₂O）=0.03mol，m（Fe）
=0.03mol×56g/mol=1.68g，则固体中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，故n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，则：n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，因此该温度分解的固体物质为Fe₂O₃，分解后的两种气体物质密度之比为4：5，故分别为SO₂、SO₃，依据原子个数，得失电子数守恒书写方程式；
（4）①化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积比值；平衡常数与温度有关，Fe（S）+CO2（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0反应为吸热反应，所以升高温度，平衡常数增大，据此判断；
②500℃时，K=1，即K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$=1，则平衡时C（CO）=C（CO₂），据此计算平衡时C（CO₂）及二氧化碳物质的量浓度变化量，依据速率计算公式解答；
③依据浓度、温度、压强对速率、化学平衡移动的影响判断解答；
（5）电解池中阳极发生氧化反应，依据方程式可知：铁在碱性环境下失去电子生成高铁酸根离子和水．

解答 解：（1）三价铁离子与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳，离子方程式：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：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；
依据盖斯定律$\frac{①×3-（③×2+②）}{6}$得：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol
故答案为：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol
（3）温度为l59℃时，固体质量为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，则n（H₂O）：n（FeSO₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，所以化学式为FeSO₄•H₂O；
633度是硫酸亚铁的分解，分解的固体物质为铁的氧化物，有图象可知此时固体质量为2.40g，其中n（Fe）=n（FeSO₄•7H₂O）=0.03mol，m（Fe）
=0.03mol×56g/mol=1.68g，则固体中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，故n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，则：n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，因此该温度分解的固体物质为Fe₂O₃，分解后的两种气体物质密度之比为4：5，故分别为SO₂、SO₃，依据原子个数，得失电子数守恒反应的化学方程式：2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
故答案为：FeSO₄•H₂O；2FeSO₄$\frac{\underline{\;633℃\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（4）①Fe（S）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）△H＞0平衡常数为：K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；反应为吸热反应，所以升高温度，平衡常数增大，故xy呈增大趋势，且x大于1，只有a项符合要求，故a项正确；
故答案为：$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；a；
②500℃时，K=1，即K=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$=1，则平衡时C（CO）=C（CO₂），则△C（CO₂）=$\frac{2mol-1mol}{2L×10min}$=0.05mol/（L•min）；
故答案为：0.05mol/（L•min）；
③800℃时，在反应达到平衡状态后，要使反应速率减小且平衡逆向移动，则需要降低反应物浓度，二氧化碳为反应物，所以可以减小二氧化碳的物质的量；
该反应为吸热反应，降低温度，反应速率降低，平衡逆向移动；
故答案为：减小二氧化碳的物质的量（或者降低温度）；
（5）电解池中阳极发生氧化反应，依据方程式可知：铁在碱性环境下失去电子生成高铁酸根离子和水，电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；

点评 本题为综合题，考查了盐类水解方程式的书写，热化学方程式的书写，化学平衡表达式的书写及平衡常数的应用，反应速率、化学平衡移动的影响因素，电解池电极反应式的书写，题目综合性较强，熟练掌握盖斯定律计算反应热方法，明确化学平衡的相关理论，电解池工作原理是解题关键，难度较大．