Question

2．鐵及其化合物有重要用途．

（1）①FeS0₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，F(xiàn)eC0₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料．
己知 25℃，lOlkPa時(shí)：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂0₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1
C（s）+0₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=2FeCO₃（s）△H=-1480kJ•mol^-1
①Fe0₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂0₃的熱化學(xué)方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol
②FeS0₄在一定條件下可制得FeS₂（二硫化亞鐵）納米材料，該材料可用于制造高容量鋰電池，電池放電時(shí)的總反應(yīng)為4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極反應(yīng)式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-
（2）鐵的氧化物應(yīng)用于由CO₂制取C的太陽(yáng)能工藝中，如圖1所示
①“熱分解系統(tǒng)”發(fā)生的反應(yīng)為2Fe₃0₄═6Fe0+0₂↑，每分解1molFe₃0₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol
②“重整系統(tǒng)”發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C
（3）Fe₂0₃用CO還原焙燒的過(guò)程中，反應(yīng)物、生成物和溫度之間的關(guān)系如圖2所示．
（圖3中I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四條曲線是四個(gè)化學(xué)反應(yīng)平衡時(shí)的氣相組成對(duì)溫度作圖得到的：A、B、C、D四個(gè)區(qū)域分別是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe穩(wěn)定存在的岡域）
①800℃時(shí)’混合氣體中CO₂體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，F(xiàn)e₂O₃用CO還原焙燒反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂
②據(jù)圖分析，下列說(shuō)法正確的是AC（填字母）．
A．溫度低于570℃時(shí)，F(xiàn)e₂0₃還原焙燒的產(chǎn)物中不含F(xiàn)eO
B．溫度越高，F(xiàn)e₂O₃還原焙燒得到的固體物質(zhì)組成中Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高
C．Fe₂O₃還原焙燒過(guò)程中及時(shí)除去CO₂有利于提高Fe的產(chǎn)率．

Answer 1

分析 （1）①發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
②電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-；
（2）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，結(jié)合元素化合價(jià)以及方程式計(jì)算；
②由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe₃O₄和C；
（3）①800℃時(shí)，混合氣體中CO₂體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，圖象分析可知Fe₂O₃用CO還原得到氧化亞鐵和一氧化碳；
②A．由圖可知，F(xiàn)eO在C區(qū)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的溫度高于570℃；
B．鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低為：Fe＞FeO＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃，對(duì)于反應(yīng)II知，升高溫度時(shí)，CO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，即升溫平衡逆向移動(dòng)，F(xiàn)eO轉(zhuǎn)化成Fe₃O₄，F(xiàn)鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，所以含量不僅與T有關(guān)，還與CO氣體的比例有關(guān)；
C．分離CO₂可使四個(gè)反應(yīng)的平衡均正向移動(dòng)，有利于Fe含量的增加．

解答 解：（1）①發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
②電池放電時(shí)的總反應(yīng)為：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正極發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eS₂獲得電子生成Fe、S^2-，正極電極反應(yīng)式為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案為：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-；
（2）①反應(yīng)2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合價(jià)由-2價(jià)升高到0價(jià)，由方程式可知，2molFe₃O₄參加反應(yīng)，生成1mol氧氣，轉(zhuǎn)移4mol電子，則每分解lmolFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，
故答案為：2mol；
②由示意圖可知，重整系統(tǒng)中CO₂和FeO反應(yīng)生成Fe₃O₄和C，反應(yīng)的方程式為6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C，
故答案為：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C；
（3）①800℃時(shí)，混合氣體中CO₂體積分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，由圖可知，“800℃、CO₂體積分?jǐn)?shù)為40%”時(shí)，在C區(qū)，此時(shí)為FeO的穩(wěn)定區(qū)域，故產(chǎn)物為FeO，F(xiàn)e₂O₃用CO還原得到氧化亞鐵和一氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂，
故答案為：Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂；
②A．由圖可知，F(xiàn)eO在C區(qū)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的溫度高于570℃，故A正確；
B．鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低為：Fe＞FeO＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃，對(duì)于反應(yīng)II知，升高溫度時(shí)，CO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，即升溫平衡逆向移動(dòng)，F(xiàn)eO轉(zhuǎn)化成Fe₃O₄，F(xiàn)鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，所以含量不僅與T有關(guān)，還與CO氣體的比例有關(guān)，故B錯(cuò)誤；
C．分離CO₂可使四個(gè)反應(yīng)的平衡均正向移動(dòng)，有利于Fe含量的增加，故C正確，
故答案為：AC．

點(diǎn)評(píng) 本題較為綜合，涉及氧化還原、化學(xué)平衡移動(dòng)以及原電池反應(yīng)等知識(shí)，考查了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．注意電極正負(fù)極的判斷以及反應(yīng)式的書寫，注意燃料電池的負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)．