Question

【題目】從古至今，鐵及其化合物在人類生產(chǎn)生活中的作用發(fā)生了巨大變化。

（1）古代中國(guó)四大發(fā)明之一的司南是由天然磁石制成的，其主要成分是______（填字母序號(hào)）。

a. Fe b. FeO c. Fe3O4 d. Fe2O3

（2） 現(xiàn)代利用鐵的氧化物循環(huán)裂解水制氫氣的過(guò)程如下圖所示。 整個(gè)過(guò)程與溫度密切相關(guān)， 當(dāng)溫度低于 570℃時(shí)，反應(yīng)Fe3O4(s)+4 CO(g) 3Fe(s)+4 CO2(g)，阻礙循環(huán)反應(yīng)的進(jìn)行。

① 已知：Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) +CO2(g) ΔH1 = +19.3 kJ·mol-1

3FeO(s) + H2O(g)Fe3O4(s) + H2(g) ΔH2 =-57.2 kJ·mol-1

C(s)+CO22CO（g） ΔH3 =+172.4 kJ·mol-1 。

鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫氣總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_________。

② 下圖表示其他條件一定時(shí)， Fe3O4(s)和 CO(g)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí) CO(g)的體積百分含量隨溫度的變化關(guān)系。

i. 當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，溫度降低CO的轉(zhuǎn)化率____（填“增大”、“減小”或“不變”），理由是______。

ii. 當(dāng)溫度高于570℃時(shí)，隨溫度升高，反應(yīng) Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g)平衡常數(shù)的變化趨勢(shì)是________；（填“增大”、“減小”或“不變”）1040℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值是________。

（3）① 古老而神奇的藍(lán)色染料普魯士藍(lán)的合成方法如下：

復(fù)分解反應(yīng) ii 的離子方程式是_______________。

② 如今基于普魯士藍(lán)合成原理可檢測(cè)食品中 CN-，方案如下：

若試紙變藍(lán)則證明食品中含有 CN-，請(qǐng)解釋檢測(cè)時(shí)試紙變藍(lán)的原因_________。

（4）已知25℃時(shí)，Kap[Fe（OH）3]=4.0×10-38，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)室中配置100mL 5mol/LFeCl3溶液，為使配置過(guò)程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入2mol/L的鹽酸_________mL（忽略加入鹽酸體積）。

Answer 1

【答案】cC(s) + H2O(g) =H2(g) + CO(g) ΔH = + 134.5 kJ· mol-1增大理由：當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，溫度降低，CO的體積百分含量降低，可逆反應(yīng)Fe3O4+4CO（g）3Fe（s）+4CO2（g） 正向移動(dòng)，故CO的轉(zhuǎn)化率增大增大43[Fe(CN)6]4- + 4Fe3+ =Fe4[Fe(CN)6]3↓堿性條件下，Fe2+與 CN-結(jié)合生成[Fe(CN)6]4- ,Fe2+被空氣中 O2 氧化生成 Fe3+ ,[Fe(CN)6]4- 與 Fe3+反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色2.5

【解析】(1)古代中國(guó)四大發(fā)明之一的司南是由天然磁石制成的，磁鐵成分主要是四氧化三鐵，選c；
(2)①Ⅰ．Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)△H1═+19.3kJmol-1
Ⅱ.3FeO(s)+H2O(g)Fe3O4(s)+H2(g)△H2═-57.2kJmol-1
Ⅲ．C(s)+CO2(g)2CO(g)△H3═+172.4kJmol-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫氣總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；C(s)+H2O(g)═H2(g)+CO(g)△H═+134.5kJmol-1 ；
②i. 當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，溫度降低CO的轉(zhuǎn)化率增大；因?yàn)楫?dāng)溫度低于570℃時(shí)，溫度降低，CO的體積百分含量降低，可逆反應(yīng)Fe3O4+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) 正向移動(dòng)，故CO的轉(zhuǎn)化率增大。

ii．高于570°C，隨溫度升高，反應(yīng)Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)的變化趨勢(shì)增大，1040℃時(shí)CO體積分?jǐn)?shù)為20%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算得到平衡濃度，設(shè)起始濃度CO為1mol/L，消耗CO濃度為x
Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)
起始量(mol/L) 1 0
變化量(mol/L) xx
平衡量(mol/L) 1-x x
=20%，x=0.8mol/L，K==4；
(3)①[Fe(CN)6]4-和Fe3+反應(yīng)生成Fe4[Fe(CN)6]3藍(lán)色沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：3[Fe(CN)6]4-+4Fe3+═Fe4[Fe(CN)6]3↓；
②基于普魯士藍(lán)合成原理可檢測(cè)食品中CN-，堿性條件下，F(xiàn)e2+與CN-結(jié)合生成[Fe(CN)6]4-；Fe2+被空氣中O2氧化生成Fe3+；[Fe(CN)6]4-與Fe3+反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色。

(4)若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c(Fe3+)×C3(OH-)≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c(OH-)≤2×10-13mol/L，c(H+)≥0.05mol/L，則加入鹽酸的體積至少為=0.0025L=2.5mL。