Question

鐵是重要的金屬元素，用途極廣．
（1）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）具有很強(qiáng)的氧化性，常用作凈水劑，對環(huán)境無不良影響，被人們稱為“綠色化學(xué)”試劑．工業(yè)上，可用鐵作陽極，電解KOH溶液制備K₂FeO₄，其陽極的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）某高效凈水劑可由Fe（OH）SO₄聚合得到．工業(yè)上以FeSO₄、NaNO₂和稀硫酸為原料來制備Fe（OH）SO₄，反應(yīng)中有NO生成，化學(xué)方程式為

 

．
（3）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）△H=a kJ/mol，則a=kJ/mol．
已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下表：

溫度/℃	1000	1115	1300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

在一個(gè)容積為10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此時(shí)v正

v_逆（填“等于”、“大于”或“小于”）．經(jīng)過l0min，在1000℃達(dá)到平衡，則該時(shí)間范圍內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=

 

．欲提高上述反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是

 

；
A．提高反應(yīng)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
（4）一定溫度下的難溶電解質(zhì)在水溶液中達(dá)到溶解平衡時(shí)．已知下表數(shù)據(jù)，對含等物質(zhì)的量的CuSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃的混合溶液的說法，不科學(xué)的是

 

．

物質(zhì)	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Fe（OH）3
Ksp/25℃	8.0×10-16	2.2×10-20	4.0×10-38
完全沉淀時(shí)的PH值	≥9.6	≥6.4	3～4

A．向該溶液中加少量鐵粉不能觀察到紅色固體析出
B．該溶液中c（SO₄^2-）：[c（Cu²⁺）+c（Fe²⁺）+c（Fe³⁺）]＞5：4
C．向該溶液中加入適量氯水，并調(diào)節(jié)pH值到3～4后過濾，可得到純凈的CuSO₄溶液
D．向該混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，最先看到紅褐色沉淀．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）鐵失去電子，在堿性溶液中生成高鐵酸根離子，同時(shí)有水生成；
（2）此反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)物中既有氧化劑又有還原劑，依據(jù)化合價(jià)升降相等配平即可；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算，反應(yīng)焓變；依據(jù)計(jì)算得到濃度商和該溫度下平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算生成二氧化碳，結(jié)合反應(yīng)速率概念計(jì)算二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)速率；欲提高上述反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，需要反應(yīng)正向進(jìn)行；
（4）A．因?yàn)镕e³⁺的氧化性強(qiáng)于Cu²⁺，所以投入少量鐵粉，先發(fā)生的反應(yīng)是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
B．Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺發(fā)生水解，因此它們的物質(zhì)的量會減少；
C．溶液中混有CuCl₂；
D．根據(jù)Ksp的大小判斷溶解性．

解答： 解：（1）鐵失去電子，在堿性溶液中生成高鐵酸根離子，同時(shí)有水生成，陽極的電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（2）FeSO₄→Fe（OH）SO₄ ，F(xiàn)e由+2變?yōu)?3，故FeSO₄為還原劑，NaNO₂→NO，N由+3變?yōu)?2，故NaNO₂為氧化劑，稀硫酸既不做氧化劑也不做還原劑．FeSO₄→Fe（OH）SO₄ 和NaNO₂→NO化合價(jià)升降相等，故FeSO₄和NaNO₂化學(xué)計(jì)量數(shù)相等，依據(jù)原子守恒配平可得：2FeSO₄+2NaNO₂+H₂SO₄=2Fe（OH）SO₄+Na₂SO₄+2NO↑
故答案為：2FeSO₄+2NaNO₂+H₂SO₄=2Fe（OH）SO₄+Na₂SO₄+2NO↑；
（3）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①×

1

3

-②得到高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）△H=-9.5 kJ/mol，則a=-9.5kJ/mol
在一個(gè)容積為：10L的密閉容器中，1000℃時(shí)加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，Q=

1mol 10L

1mol 10L

=1＜K=4，說明費(fèi)用正向進(jìn)行，v_正＞v_逆；
設(shè)反應(yīng)一氧化碳物質(zhì)的量為x
                 

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）
起始量 （mol）                1                  1
變化量（mol）                 x                  x
平衡量（mol）                1-x                1+x

1+x

1-x

=4
x=0.6
經(jīng)過l0min，在1000℃達(dá)到平衡，則該時(shí)間范圍內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CO₂）=

0.6mol 10L

10min

=0.006mol/L?min；
欲提高上述反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向進(jìn)行；
A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，故A不符合；
B．移出部分CO₂  平衡正向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故B符合；
C．加入合適的催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故C不符合；
D．反應(yīng)前后氣體體積不變，減小容器的容積增大壓強(qiáng)，平衡不變，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故D不符合；
故選B．
（4）A．因?yàn)镕e³⁺的氧化性強(qiáng)于Cu²⁺，所以投入少量鐵粉，先發(fā)生的反應(yīng)是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，不能觀察到紅色固體析出，故A正確；
B．因?yàn)镃u²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺對應(yīng)的堿全是弱堿，所以這三種離子在溶液中都會發(fā)生水解，因此它們的物質(zhì)的量會減少，故B正確；
C．加入氯水，可以把亞鐵離子全氧化成三價(jià)，但它的還原產(chǎn)物Cl^-肯定還在溶液中，而且在調(diào)節(jié)pH時(shí)加入的試劑也會在溶液中有所保留，所以得到的溶液中不可能只含CuSO₄一種溶質(zhì)，故C錯(cuò)誤；
D．從表格中可以看出，F(xiàn)e（OH）₃的Ksp是最小的，所以它最先出現(xiàn)沉淀，故D正確；
故選C．

點(diǎn)評：本題考查了電解原理，化學(xué)平衡影響因素，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率概念分析應(yīng)用，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算，沉淀溶解平衡的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．