Question

【题目】合成氨工业生产中所用的α Fe催化剂的主要成分为FeO、Fe2O3。

（1）某FeO、Fe2O3混合物中，铁、氧的物质的量之比为4∶5，其中Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为________。

（2）当催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶2时，其催化剂活性最高，此时混合物中铁的质量分数为________(保留两位小数)。

（3）写出由C(炭粉)与Fe2O3在高温下反应制备α铁触媒的化学方程式(另一种产物可溶于水)：____________________________________________________________。

（4）为制得这种活性最高的催化剂，理论上应向480 g Fe2O3粉末加入炭粉的质量是多少？，生成该实验条件下CO2的体积是多少？(请写出计算过程。假设此实验条件下，气体摩尔体积为24 L·mol－1)。___________

Answer 1

【答案】1∶172.41%2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑6 g、 12 L

【解析】

(1)设FeO、Fe2O3分别为x mol、y mol，根据铁、氧物质的量之比得：(x＋2y)∶(x＋3y)＝4∶5，x∶y＝2∶1，Fe2＋与Fe3＋物质的量之比为x∶2y＝1∶1，故答案为：1∶1 ；(2)根据催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶2，可推知，FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，混合物中铁的质量分数为×100%≈72.41%，故答案为：72.41% ；(3)由题给信息知，C(炭粉)会将一部分Fe2O3还原成FeO，同时C(炭粉)被氧化成CO2，故答案为：2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑；(4)由于催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶2时，其催化剂活性最高，此时反应后的混合物中，FeO、Fe2O3的物质的量之比为1∶1，原料480 g Fe2O3为3 mol，Fe2O3～2FeO，原料中必须有的Fe2O3参加反应，即1 mol Fe2O3参加反应，理论上要有0.5 mol C反应，即6 g C，生成0.5 mol CO2，在该条件下体积为12 L，故答案为：6 g、12 L。