Question

2．鐵及其化合物在生產、生活中有廣泛應用．請回答下列問題：
（一）高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應為：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應在不同溫度下的平衡常數如下：

溫度/℃	1000	1115	1300
平衡常數	4.0	3.7	3.5

（1）該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）欲提高上述反應中CO的平衡轉化率，可采取的措施是B．
A．提高反應溫度                    B．移出部分CO₂
C．加入合適的催化劑                D．減小容器的容積
（3）在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此時υ_正＞υ_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．經過10min，在1000℃達到平衡，則該時間范圍內反應的平均反應速率υ（CO₂）=0.008 mol/（L•min）．
（二）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑．
（4）一定條件下Fe（OH）₃與KClO在KOH溶液中反應可制得K₂FeO₄，其中反應的氧化劑是KClO；生成0.5mol K₂FeO₄轉移電子的物質的量是1.5mol．
（5）從環(huán)境保護的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖所示．電解過程中陽極的電極反應式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （一）（1）化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數，不需要寫固體、純液體；由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應；
（2）提高CO的平衡轉化率，應使平衡向正反應移動，但不能增大CO的用量，結合選項根據平衡移動原理分析；
（3）依據濃度商計算和平衡常數比較分析平衡移動方向；令平衡時CO的物質的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時CO、CO₂的物質的量，化學計量數都是1，利用物質的量代替濃度代入平衡常數計算n的值，進而計算CO₂的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
（二）（4）得電子化合價降低的反應物是氧化劑，根據高鐵酸鉀和轉移電子之間的關系式計算；
（5）電解時陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應，據此書寫電極反應方程式．

解答 解：（一）（1）平衡常數指：生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，固體、純液體的濃度為常數，所以反應：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數k=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，故升高溫度平衡向逆反應移動，正反應為放熱反應，即△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）A．該反應正反應是放熱反應，提高反應溫度，平衡向逆反應移動，CO的平衡轉化率降低，故A錯誤；
B．移出部分CO₂平衡向正反應移動，CO的平衡轉化率增大，故B正確；
C．加入合適的催化劑平衡不移動，故C錯誤；
D．反應前后氣體的物質的量不變，減小容器的容積，增大壓強平衡不移動，CO的平衡轉化率不變，故D錯誤；
故選B；
（3）在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，依據濃度商Q=1＜K=4，說明反應正向進行，正反應速率大于逆反應速率；
令平衡時CO的物質的量變化為nmol，則：
         $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                0
變化（mol）：n                n
平衡（mol）：1-n              n
所以K=$\frac{n}{1-n}$=4，解得n=0.8，
所以υ（CO₂）=$\frac{0.8mol}{\frac{10L}{10min}}$=0.008 mol/（L•min），
故答案為：＞；0.008 mol/（L•min）；
（二）（4）該反應中，鐵元素的化合價由+3價變?yōu)?6價，氯元素化合價由+1價變?yōu)?1價，所以氫氧化鐵是還原劑，次氯酸鉀是氧化劑，生成0.5mol K₂FeO₄轉移的電子的物質的量=0.5mol×（6-3）=1.5mol，
故答案為：KClO；1.5；
（5）Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題考查平衡常數和平衡的移動等，掌握化學平衡常數的表達式的書寫和平衡移動的原理應用是解答的關鍵，注意掌握化學平衡常數的應用：用來判斷反應進行的程度，判斷反應的熱效應，判斷反應進行的方向，用來計算物質的轉化率，題目難度中等．