Question

1．碳酸亞鐵（FeCO₃）是菱鎂礦的主要成分，將FeCO₃加熱到200℃開始分解為FeO和CO₂，若在空氣中高溫煅燒FeCO₃生成Fe₂O₃．
I．已知25℃，101kPa時：
4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2FeCO₃（s）=2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ/mol
（1）請寫出FeCO₃在空氣中煅燒生成Fe₂O₃的熱化學方程式4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
II．生成的FeO和Fe₂O₃在一定條件下被還原為金屬鐵．
（2）據(jù)報道一定條件下Fe₂O₃可被甲烷還原為“納米級”的金屬鐵．其反應為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）=2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①原子序數(shù)為26的鐵元素位于元素周期表的第四周期．
②反應在5L的密閉容器中進行，2min后達到平衡，測得Fe₂O₃在反應中質量消耗4.8g．則該段時間內用H₂表達的平均反應速率為0.018mol/（L•min）．
③將一定量的Fe₂O₃（s）和一定量的CH₄（g）置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應，能表明該反應達到平衡狀態(tài)的是b、c、d．
a．CH₄的轉化率等于CO的產(chǎn)率
b．混合氣體的平均相對分子質量不變
c．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2
d．固體的總質量不變
（3）FeO可用CO進行還原，已知：t℃時，F(xiàn)eO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），K=0.5，若在1L密閉容器中加入0.04molFeO（s），并通入xmolCO，t℃時反應達到平衡．此時FeO（s）的轉化率為50%，則x=0.06．
III．Fe₂O₃還可用來制備FeCl₃，F(xiàn)eCl₃在水溶液中的水解分三步：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺           K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂+H⁺K₂
Fe（OH）₂⁺+H₂O?Fe （OH）₃+H⁺  K₃
（4）以上水解反應的平衡常效K₁、K₂、K₃由大到小的順序是K₁＞K₂＞K₃．通過控制條件，以上水解產(chǎn)物聚合生成聚合物的離子方程式為：xFe³⁺+yH₂O=Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺
欲使平衡正向移動可采用的方法是a、c、d（填字母）
a．加水稀釋    b．加入少量NaCl固體     c．升溫    d．加入少量Na₂CO₃固體．

Answer 1

分析 I．（1）FeCO₃在空氣中煅燒生成Fe₂O₃的化學方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），該反應可由已知熱效應的化學方程式推導，根據(jù)蓋斯定律計算該反應的焓變；
II．（2）①Fe位于周期表中第四周期，VIII族；
②根據(jù)2min內Fe₂O₃消耗4.8g，計算該時間段內H₂反應的物質的量，根據(jù)化學反應平均速率公式$\overline{r}（{H}_{2}）=\frac{△n}{V△t}$計算用H₂表達的平均反應速率；
③裝置為恒溫恒壓容器，反應整個過程中，體系壓強始終保持不變，結合常用判斷化學反應達到平衡的判斷依據(jù)，如溫度，速率，密度，平均相對分子質量，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)t℃時的化學平衡常數(shù)計算平衡時各組分的物質的量濃度，據(jù)此計算x的值；
III．（4）分步水解反應是逐步受到抑制的，第一級＞第二級＞第三級，聯(lián)系常用改變化學平衡的方法分析，如增加反應物濃度，消耗生成物，改變溫度和壓強，據(jù)此分析．

解答 解：I．（1）已知：①4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H₁=-1648kJ/mol，
                           ②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-393kJ/mol，
                           ③2FeCO₃（s）=2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H₃=+1480kJ/mol，
FeCO₃在空氣中煅燒生成Fe₂O₃的化學方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），該反應可由③×2+①+②×4得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應的焓變△H=2△H₃+△H₁+4△H₂=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
II．（2）①Fe位于周期表中第四周期，VIII族，
故答案為：四；
②根據(jù)2min內Fe₂O₃消耗4.8g，即$\frac{4.8g}{160g/mol}$=0.03mol，根據(jù)反應方程式，生成H₂的物質的量為0.03mol×6=0.18mol，體積為5L，反應經(jīng)歷時間為△t=2min，則該段時間內用H₂表達的平均反應速率為$\overline{r}（{H}_{2}）$=$\frac{△n（{H}_{2}）}{V△t}$=$\frac{0.18mol}{5L×2min}$=0.018mol/（L•min），
故答案為：0.018mol/（L•min）；
③裝置為恒溫恒壓容器，反應整個過程中，體系壓強始終保持不變，結合常用判斷化學反應達到平衡的判斷依據(jù)，如溫度，速率，密度，平均相對分子質量分析，
a．CH₄的轉化率和CO的產(chǎn)率應根據(jù)具體的反應的物質的量確定，并不一定化學反應達到平衡狀態(tài)就是CH₄的轉化率等于CO的產(chǎn)率，故a不選；
b．混合氣體的平均相對分子質量為$\overline{{M}_{r}}$=$\frac{{m}_{混}}{{n}_{混}}$，反應不僅是氣體參加的反應，反應前后混合氣體的總質量發(fā)生改變，氣體分子數(shù)也發(fā)生改變，則當混合氣體的平均相對分子質量不發(fā)生改變，可以判斷化學反應是否達到平衡，故b選；
c．用物質的化學反應速率表達化學平衡，需注明正反應還是逆反應速率，則v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2可以判斷化學反應是否達到平衡，故c選；
d．反應固體參加，固體質量發(fā)生改變，當固體質量不改變時，可以判斷化學反應是否達到平衡，故d選；
故答案為：b、c、d；
（3）t℃時，發(fā)生反應FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），反應的平衡常數(shù)為K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.5，在1L密閉容器中加入0.04molFeO（s），并通入xmolCO反應達到平衡，F(xiàn)eO的轉化率為50%，則平衡時c（CO）=$\frac{x-0.04×50%}{1}$=（x-0.02）mol/L，c（CO₂）=$\frac{0.04×50%}{1}$=0.02mol/L，所以K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，可得x=0.06，
故答案為：0.06；
III．（4）分步水解反應是逐步受到抑制的，第一級＞第二級＞第三級，則水解反應的平衡常效K₁、K₂、K₃由大到小的順序是：K₁＞K₂＞K₃，
聯(lián)系常用改變化學平衡的方法分析，如增加反應物濃度，消耗生成物，改變溫度和壓強分析，
a．加水稀釋，有助于促進水解平衡正向移動，故a選；
b．加入少量NaCl固體，不參加反應，對平衡幾乎沒有影響，故b不選；
c．水解反應是吸熱反應，升溫有助于水解反應正向移動，故c選；
d．加入少量Na₂CO₃固體，消耗溶液中的H⁺，反應物濃度降低，促進化學平衡正向移動，故d選；
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；a、c、d．

點評 本題考查化學原理部分知識，包含熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，化學反應速率的計算，化學平衡的移動，化學平衡常數(shù)有關的計算，鹽類水解的知識，涉及的知識點較多，均為高頻考點，需要掌握，題目難度中等．