Question

【题目】目前，我国是最大的钢铁生产国，钢铁是国民经济的基础产业，铁及其化合物的应用也越来越广泛。回答下列问题:

(1)画出铁的原子结构示意图:______________。

(2)工业炼铁时常用CO还原铁矿粉，已知:

① Fe2O3(s) + 3CO(g)=2Fe(s)+ 3CO2(g) △H=-24.8 kJ/mol

② Fe3O4(S)+CO(g)=-3FeO(g)+CO2(g) △H= +19.4 kJ/mol

③ FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) △H= -11.0 kJ/mol

则反应3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)的△H= ________。

(3)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) 反应温度与K的关系如右表:

反应温度/℃	1000	1150	1300
平衡常数K	64	50.7	42.9

恒温1000℃在体积为10L的恒容密闭容器中加入0.1molFe2O3和0.1molCO，气体混合物中CO2的体积分数φ(CO2)随时间t的变化关系如图所示。

①前 8minCO 的反应速率为_______；平衡时a=____。

②若再向平衡混合物中加入0.01molCO 和0.02molCO2，平衡_______移动；若要使平衡混合气中CO2的体积分数增大，下列措施可行的是_______(填标号)。

A.增大Fe2O3用量 B.增大压强 C.降低温度 D.向容器中再充入少量CO

(4)纳米级的Fe3O4在催化剂、造影成像、药物载体、靶向给药等领域都有很好的应用前景，工业生产中常用“共沉淀法”来制备。将FeCl2和FeCl3按一定比例配成混合溶液，用NaOH溶液作为沉淀剂，在特定条件下即可制得纳米级的Fe3O4，反应的离子方程式是_____，在实际生产中Fe2+和Fe3+反应用量比常是2:3，甚至1:1，为什么?________。

(5)纳米铁粉可用于除去废水中的NO3-，反应的离子方程式为:4Fe+ NO3-+ 10H+=4Fe2++NH4++3H2O。研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是________；若加入少量Cu2+，废水中NO3-的去除速率大大加快，可能的原因是_____________。

Answer 1

【答案】 -47.2 kJ/mol 10-3 mol·L-1·min-1 80%或0.8 向正反应方向 C Fe2+＋2Fe3+＋8OH－Fe3O4＋4H2O Fe2+容易被空气中的O2氧化为Fe3+，故需多加一些Fe2+，确保生成Fe3O4 发生副反应，Fe与H+生成H2 形成的Fe-Cu原电池增大了纳米铁粉去除NO的反应速率（或Cu2+对纳米铁粉去除NO的反应具有催化作用）

【解析】本题主要考查铁及其化合物的性质。

(1)铁的原子结构示意图：。

(2)3①-2②-6③得3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47.2mol/kJ。

(3)①K=c3(CO2)/ c3(CO)=64，c(CO2)=4c(CO)=0.008mol/L，前8minCO的反应速率为0.008/8 mol·L-1·min-1=10-3 mol·L-1·min-1；平衡时a=0.08/0.1=80%或0.8。

②若再向平衡混合物中加入0.01molCO和0.02molCO2，浓度商Q<K，平衡向右移动；若要使平衡混合气中CO2的体积分数增大，下列措施可行的是C。A.增大固体用量平衡不移动，平衡混合气中CO2的体积分数不变；B.增大压强平衡不移动，平衡混合气中CO2的体积分数不变； C.降低温度平衡右移，平衡混合气中CO2的体积分数增大；D.向容器中再充入少量CO，平衡不移动，平衡混合气中CO2的体积分数不变。故选C。

(4)反应的离子方程式是Fe2+＋2Fe3+＋8OH－Fe3O4＋4H2O，在实际生产中Fe2+和Fe3+反应用量比常是2:3，甚至1:1，为什么?原因是Fe2+容易被空气中的O2氧化为Fe3+，故需多加一些Fe2+，确保生成Fe3O4。

(5)纳米铁粉可用于除去废水中的NO3-，若pH偏低将会导致NO3-的去除率下降，其原因是发生副反应，Fe与H+生成H2；若加入少量Cu2+，废水中NO3-的去除速率大大加快，可能的原因是形成的Fe-Cu原电池增大了纳米铁粉去除NO的反应速率（或Cu2+对纳米铁粉去除NO的反应具有催化作用）。