Question

【題目】鐵及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要的作用。

（1）已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol

②C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJ/mol

③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(g) △H3=-1651.0kJ/mol

CO還原氧化鐵的熱化學方程式為_______________________。

（2）高爐煉鐵產(chǎn)生的高爐氣中含有CO、H2、CO2等氣體，利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇，是減少污染、節(jié)約能源的一種新舉措，反應原理如下：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H 。在體積不同的兩個恒容密閉容器中分別充入1molCO和2moL H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化如下圖。

①在上圖A、B、C三點中，選填下表物理且對應最大的點。

反應速率	平衡常數(shù)K	平衡轉(zhuǎn)化率a
_________	_________	_________

②在300℃時，向C點平衡體系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH3OH，該反應向_________方向進行（城“正反應”、‘逆反應”或“不移動”）。

③一定溫度下，CO的轉(zhuǎn)化率與起始投料比[n(H2)/n(CO)]的變化關(guān)系如圖所示，測得D點氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x=_____________。

（3）三氯化鐵是一種重要的化合物，可以用來腐蝕電路板。某腐蝕廢液中含有0.5mol·L-1Fe3+和0.26mol·L-1的Cu2+，欲使Fe3+完全沉淀[ c(Fe3+)≤4×l0-19]而Cu2+不沉淀，則需控制溶液pH的范圍為_________。[KspCu(OH)2=2.6×l0-19；KspFe(OH)3=4×l0-38〕

（4）高鐵酸鉀（K2FeO4）是一種新型、高效、多功能綠色水處理劑，工業(yè)上通過電解濃NaOH 溶液可制備Na2FeO4，然后轉(zhuǎn)化為K2FeO4，電解原理如下圖所示。

則A溶液中溶質(zhì)的成分為___________________（填化學式）；陽極的電極反應式為_____________

Answer 1

【答案】 Fe2O3（s）+3CO（g）== 2Fe（s）+3CO2（g）△H=-23.5 kJmol-1 C AB A 正反應 3 3 ≤ pH ≤ 5 NaOH Fe- 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O

【解析】(1)已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol，②C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJ/mol ，③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(g) △H3=-1651.0kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律由①× -②× -③×可得Fe2O3(s)+3CO(g)== 2Fe(s)+3CO2(g)，則△H=(-393.5kJ/mol)× -(+172.5kJ/mol)× -(-1651.0kJ/mol)×=-23.5 kJmol-1 ，故

CO還原氧化鐵的熱化學方程式為Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-23.5 kJmol-1 ；

(2)①由圖可知，升高溫度，CH3OH的體積分數(shù)減小，平衡逆向移動，則該反應的△H＜0，300℃時，增大壓強，平衡正向移動，CH3OH的體積分數(shù)增大，所以p1＞p2，溫度越高反應速率越快，反應速率最高的為C點，溫度升高平衡逆向移動，則化學平衡常數(shù)減小，則AB點平衡常數(shù)相等且大于C點；溫度高反應物的轉(zhuǎn)化率降低，壓強增大反應物的轉(zhuǎn)化率升高，則A點為低溫高壓，故A點轉(zhuǎn)化率最高；

② CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)

起始時(mol)1 2 0

變化(mol) 0.5 1 0.5

平衡(mol) 0.5 1 0.5

現(xiàn)在300℃時，向C點平衡體系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH3OH，相當于恒容條件下將兩個平衡狀態(tài)相加，平衡向體積減小的方向進行，即正向進行；

③D點時H2的轉(zhuǎn)化率為40%，CO的轉(zhuǎn)化率為60%，設起始時H2為amol，變化量為0.4amol，CO超始量為bmol，變化量為0.6bmol，則0.4amol：0.6bmol=2:1，則a:b=3:1，則x=[n(H2)/n(CO)]=a:b=3:1=3；

(3)根據(jù)KspFe(OH)3=4×l0-38，當Fe3+完全沉淀[ c(Fe3+)≤4×l0-5]時c(OH-)==10-11mol/L，此時溶液pH=3，當Cu2+開始沉淀時，根據(jù)KspCu(OH)2=2.6×l0-19，c(OH-)==10-9mol/L，此時溶液pH=5，則需控制溶液pH的范圍為3 ≤ pH ≤ 5 ；

(4)電解池的左側(cè)連接電源負極為陰極，電解池工作時陰極發(fā)生還原反應，溶液中的H+(來源于水的電離)生成H2，促進水的電離產(chǎn)物大量OH-，OH-不能透過陽離子交換膜進入陽極室，則A流出的溶液為NaOH；陽極發(fā)生氧化反應，Fe失電子在堿性條件下被氧化為FeO42-，電極反應式為Fe- 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O。