Question

19．鐵和鋁是兩種重要的金屬，它們的單質及化合物有著各自的性質．
（1）在一定溫度下，氧化亞鐵可以與一氧化碳發(fā)生下列反應：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H＞0
①該反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$
②該溫度下，在2L盛有Fe₂O₃粉末的密閉容器中通入CO氣體，10min后，生成了單質鐵11.2g．則10min內CO的平均反應速率為0.015mol/（L•min）
（2）Fe³⁺鹽和Al³⁺鹽在性質上有很多相似的地方，如遇堿都生成難溶的膠狀沉淀，可用于凈水；也有不同之處，如Fe³⁺既有氧化性又有還原性，Al³⁺只有氧化性．但Fe³⁺只有在堿性介質中才能被氧化為FeO₄^2-，請完成下列方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）若將ag Fe和Al的混合物溶于2mol/L的足量的硫酸中，再往溶液中加入足量的6mol/L的NaOH溶液，充分反應，過濾，洗滌，干燥灼燒，稱量所得固體的質量仍為ag，則原混合物中Al的質量分數為30%．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數為生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
②先根據化學方程式計算出消耗的CO的物質的量，然后根據V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$求出CO的化學反應速率；
（2）Fe元素化合價由Fe（OH）₃中+3價升高為FeO₄^2-中+6價，化合價總升高3價，Cl元素化合價由ClO^-中+1價降低為Cl^-中-1價，共降低2價，化合價最小公倍數為6，故Fe（OH）₃、FeO₄^2-的系數為2，ClO^-、Cl^-的系數為3，根據題目信息及電荷守恒可知，反應物中缺項為OH^-，由元素守恒可知生成物中缺項為H₂O，結合原子守恒配平；
（3）Al、Fe混合物與足量硫酸反應后，向溶液中加入足量的NaOH溶液，得到的沉淀為氫氧化鐵，將沉淀洗滌，灼燒得到的固體為氧化鐵，氧化鐵質量與Al、Fe總質量相等，則氧化鐵中氧元素質量等于混合物中Al的質量，根據氧化鐵化學式計算混合物中Al的質量分數．

解答 解：（1）①因平衡常數等于生成物濃度冪之積除以反應物濃度冪之積，則K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$，故答案為：$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$；
②生成了單質鐵的物質的量為：$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，則
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
                   0.3mol        0.2mol
所以CO的反應速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.3mol}{2L}}{10min}$=0.015mol/（L•min），故答案為：0.015mol/（L•min）；
（2）Fe元素化合價由Fe（OH）₃中+3價升高為FeO₄^2-中+6價，化合價總升高3價，Cl元素化合價由ClO^-中+1價降低為Cl^-中-1價，共降低2價，化合價最小公倍數為6，故Fe（OH）₃、FeO₄^2-的系數為2，ClO^-、Cl^-的系數為3，根據題目信息及電荷守恒可知，反應物中缺項為OH^-，由元素守恒可知生成物中缺項為H₂O，故配平后方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案為：2、3、4OH^-、2、3、5H₂O；
（3）Al、Fe混合物與足量硫酸反應后，向溶液中加入足量的NaOH溶液，得到的沉淀為氫氧化鐵，將沉淀洗滌，灼燒得到的固體為氧化鐵，氧化鐵質量與Al、Fe總質量相等，則氧化鐵中氧元素質量等于混合物中Al的質量，故混合物中Al的質量分數=$\frac{16×3}{56×2+16×3}$×100%=30%，
故答案為：30%．

點評 本題主要考查了化學平衡常數、反應速率的計算、氧化還原反應配平、混合物計算等，側重考查學生對基礎知識的遷移應用、分析解決問題的能力，難度中等．