Question

鋼鐵生產中的尾氣易造成環(huán)境污染，清潔生產工藝可消減污染源并充分利用．已知：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+17kJ/mol
（1）試計算反應：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）的△H=

 

．
（2）已知1092℃時（1）中反應的平衡常數為0.35，在1L的密閉容器中，投入7.2g FeO和0.1mol CO加熱到1092℃并保持該溫度，反應在t₁時達平衡．
①t₁時反應達平衡后，CO氣體的體積分數為

 

．
②反應（1）在一定條件下達到平衡，則下列敘述表明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是

 

（填字母）．
a．混合氣體的密度不變　　　　　      　b．CO的濃度不再改變
c．v（CO）_正=v（CO₂）_逆　              d．容器內總壓強不變
（3）含鐵元素的高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種優(yōu)良的水處理劑．
①K₂FeO₄溶于水是一個可逆的過程，放出一種無色無味氣體．其殺菌消毒、凈化吸附水中的懸浮雜質的原理可用離子方程式表示為

 

．
②FeO₄^2-在水溶液中的存在形態(tài)如圖a所示，縱坐標表示分數分布．則下列說法不正確的是

 

（填字母）．
A．不論溶液酸堿性如何變化，鐵元素都有4種存在形態(tài)
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分數逐漸增大
C．向pH=6的這種溶液中加KOH溶液，發(fā)生反應的離子方程式為HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O
③高鐵酸鉀還可制作充電電池，原理為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O

放電

充電

3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
該電池充電時陽極電極反應式為

 

．
④將適量K₂FeO₄溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c（FeO₄^2-）=1.0mmol/L的試樣，將試樣分別置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒溫水浴中，測定c（FeO₄^2-）的變化，結果見圖b．該操作的目的是

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（2）①FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）平衡常數為0.35，依據化學平衡三段式列式計算；
②反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷；
（3）①高鐵酸根離子具有強氧化性，所以能殺菌消毒，高鐵酸根離子能發(fā)生氧化還原反應生成氧氣，同時生成氫氧化鐵，氫氧化鐵具有吸附性；
②根據圖象的內容來分析圖象所描述的意義；
③依據原電池反應，3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OHˉ；原電池的負極上鋅失去電子發(fā)生氧化反應，正極上FeO₄^2-+發(fā)生還原反應；電解池陽極解原電池正極；
④由圖1數據可知，將試樣分別置于不同溫度的恒溫水浴中，來測定c（FeO₄^2-）的變化，顯然是確定溫度對FeO₄^2-濃度的影響情況．

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+17kJ/mol
依據蓋斯定律①×3-（③×2+②）得到：6FeO（s）+6CO（g）?6Fe（s）+6CO₂（g）△H=-62kJ/mol；
得到FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H=-10.3kJ/mol；
故答案為：-10.3 kJ/mol；
（2）①）①已知1092℃時（1）中反應的平衡常數為0.35，在1L的密閉容器中，投入7.2gFeO和0.1mol CO加熱到1092℃并保持該溫度，反應在t₁時達平衡，依據化學平衡三段式列式計算設反應消耗的一氧化碳物質的量x：
              FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
起始量（mol）           1               0
變化量（mol）          x             x
平衡量（mol）          1-x            x
K=

c(CO2)

c(CO)

=

x

1-x

=0.35
x=0.26
CO氣體的體積分數=

1-0.26

1

×100%=74%；
故答案為：74%；
②a．混合氣體的密度=

m

V

，質量變化，V不變，當密度不變，證明達到了平衡，故a正確；
b．CO的濃度不再改變是平衡的特征，故b正確；
c．v（CO）_正=v（CO₂）_逆，說明正逆反應速率相等，達到了平衡，故c正確；
d．反應是前后體積不變的反應，當容器內總壓強不變，不一定平衡，故d錯誤．
故選abc．
（3）①高鐵酸根離子具有強氧化性，所以能殺菌消毒，高鐵酸根離子和水反應生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性是，所以能凈水，反應方程式為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑；
②A、不同PH值時，溶液中鐵元素的存在形態(tài)及種數不相同，比如在PH值等于6時，就只有兩種形態(tài)，故A錯誤；
B．根據圖片知，向pH=10的這種溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分數先增大，后減小，故B錯誤；
C．向pH=6的這種溶液中加KOH溶液，發(fā)生反應的離子方程式為：HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O，故C正確；
故答案為：AB；
③反應原理為：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O?3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，原電池的負極發(fā)生氧化反應，正極電極反應式為：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；負極電極反應為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；充電為電解池反應為，該電池充電時陽極連接原電池的正極：電極反應式為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
④由圖1數據可知，溫度越高，相同時間內FeO₄^2-濃度變化越快，高鐵酸鉀溶液平衡時FeO₄^2-濃度越小，溫度越高FeO₄^2-濃度越小，
故答案為：探究溫度變化對FeO₄^2-濃度的影響（或相同時間內不同溫度下FeO₄^2-濃度的大小變化）．

點評：本題考查學生閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應、電解原理的應用，原電池的工作原理的應用等．難度中等，要求學生要有扎實的基礎知識和靈活運用知識解決問題的能力，注意基礎知識的全面掌握．