Question

【題目】鐵及其化合物在工業上有許多用途。回答下列有關問題：

(1) FeCl3可用于金屬蝕刻、污水處理等。工業生產中FeCl3可由NaClO3氧化酸性FeCl2廢液（含有的溶質為FeCl2、FeCl3、HCl）制備。

①寫出NaClO3氧化酸性FeCl2廢液的離子方程式：_______________。

②測得pH=2的FeCl2廢液中，c(Cl-)=5.3×10-2mol· L-1，c(Fe3+)=1.0×10-3mol· L-1，則c(Fe2+)=____mol· L-1，若在FeCl3的某次生產中處理了1m3該FeCl2廢液，則反應中轉移的電子為_________mol。

(2)鐵系氧化物材料在五金器材的拋光、光學儀器和玉石的磨光材料、吸波材料、半導體材料等方面得以廣泛應用。在空氣中加熱FeCO3可制得鐵系氧化物材料。已知：

①4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) ΔH=-1648kJ·mol-1；

②C(s)+O2(g)= CO2(g) ΔH=-393kJ·mol-1；

③2Fe(s)+2C(s) +3O2(g) =2FeCO3(s) ΔH=-1480kJ·mol-1；

則在空氣中加熱FeCO3生成鐵系氧化物Fe2O3的熱化學方程式為_____________。

(3)已知在某種含鐵催化劑作用下發生下列反應；CO(g)+3H2(g) CH4(g)+ H2O (g) ΔH<0。

一定溫度下和壓強條件下，把1molCO和3molH2加入到壓強為P0的恒壓密閉容器中，測得不同時間CO的體積分數 (CO)如下表：

t/min	0	10	20	30	40	50
(CO)	0.250	0.230	0.214	0.202	0.200	0.200

①當______不再發生變化時（寫出一條即可），則表明CO(g)+3H2(g) CH4(g)+ H2O (g)達到平衡。

②達到平衡時CO的轉化率為________；若用平衡分壓代替平衡濃度，則該溫度下的平衡常數K=____（已知：氣體分壓=氣體總壓×體積分數）。

③若下圖中表示該反應中CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系。圖中溫度T1、T2、T3由高到低的順序是______________。

Answer 1

【答案】 ClO3-+6Fe2++6H+=Cl-+6Fe3++3H2O 2.0×10-2 20 4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g) ΔH=-260kJ·mol-1 混合氣體的密度或混合氣體的平均相對分子質量或任一組分的體積分數等 33.3%或1/3 0.231/P02 T1>T2>T3

【解析】（1）①本題考查氧化還原反應方程式的書寫，NaClO3中Cl化合價由＋5價→－1價，化合價降低6價，Fe2＋被氧化成Fe3＋，化合價升高1價，最小公倍數為6，由：ClO3－＋6Fe2＋→Cl－＋6Fe3＋，溶液顯酸性，根據原子守恒，離子方程式為：ClO3－＋6Fe2＋＋6H＋=Cl－＋6Fe3＋＋3H2O；②本題考查化學計算，從電荷守恒和得失電子數目守恒入手，根據電荷守恒，2c(Fe2＋)＋3c(Fe3＋)＋c(H＋)=c(Cl－)，代數數值，c(Fe2＋)=2×10－2mol·L－1，Fe2＋轉化成Fe3＋，失去1mol電子，因此溶液中共轉移電子物質的量為1×103×2×10－2×1mol=20mol；（2）本題考查蓋斯定律的應用，①＋4×②－③×2得出：4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g) △H=(－1648－4×393＋2×1480)kJ·mol－1=－260kJ·mol－1；（3）本題考查達到化學平衡狀態的判斷、化學平衡的計算、影響化學反應速率的因素，①反應前后氣體的物質的量不變，因此當氣體物質的量不再改變，說明反應達到平衡；根據密度的定義，是恒壓狀態，氣體體積改變，即當密度不再改變，說明反應達到平衡；根據化學平衡狀態的定義，當某一組分的體積分數不再改變，說明反應達到平衡等；②CO(g)+3H2(g) CH4(g)+ H2O (g)

起始： 1 3 0 0

變化： x 3x x x

平衡： 1－x 3－3x x x ，達到平衡時，CO的體積分數為0.2，即有(1－x)/(1－x＋3－3x＋x＋x)=0.2，解得x=1/3，CO的轉化率為1/3，達到平衡氫氣的體積分數為(3－3x)/(4－2x)=3/5，同理CH4的體積分數為1/10，H2O的體積分數為1/10，是恒壓狀態，CO的氣體分壓是P0×0.2，H2的氣體分壓是3P0/5，CH4、H2O的氣體分壓是P0/10，根據化學平衡常數的定義，K=p(CH4)×p(H2O)/根據化學平衡常數的定義，K=p(CH4)×p(H2O)/[p3(H2)×p(CO)],代入數值，K=0.231/P0；③正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率降低，即T1>T2>T3。