Question

2．鐵及其化合物在生產(chǎn)、生活中有廣泛應(yīng)用．請(qǐng)回答下列問題：
（一）高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下：

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

（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）欲提高上述反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是B．
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
（3）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)υ_正＞υ_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．經(jīng)過10min，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υ（CO₂）=0.008 mol/（L•min）．
（二）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種集氧化、吸附、絮凝于一體的新型多功能水處理劑．
（4）一定條件下Fe（OH）₃與KClO在KOH溶液中反應(yīng)可制得K₂FeO₄，其中反應(yīng)的氧化劑是KClO；生成0.5mol K₂FeO₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是1.5mol．
（5）從環(huán)境保護(hù)的角度看，制備K₂FeO₄較好的方法為電解法，其裝置如圖所示．電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （一）（1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫，注意固體、純液體的濃度為常數(shù)，不需要寫固體、純液體；由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但不能增大CO的用量，結(jié)合選項(xiàng)根據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；
（3）依據(jù)濃度商計(jì)算和平衡常數(shù)比較分析平衡移動(dòng)方向；令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，利用三段式表示出平衡時(shí)CO、CO₂的物質(zhì)的量，化學(xué)計(jì)量數(shù)都是1，利用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)計(jì)算n的值，進(jìn)而計(jì)算CO₂的濃度變化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂）；
（二）（4）得電子化合價(jià)降低的反應(yīng)物是氧化劑，根據(jù)高鐵酸鉀和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算；
（5）電解時(shí)陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)方程式．

解答 解：（一）（1）平衡常數(shù)指：生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，固體、純液體的濃度為常數(shù)，所以反應(yīng)：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，故升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B．移出部分CO₂平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C．加入合適的催化劑平衡不移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，減小容器的容積，增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤；
故選B；
（3）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，依據(jù)濃度商Q=1＜K=4，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；
令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量變化為nmol，則：
         $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
開始（mol）：1                0
變化（mol）：n                n
平衡（mol）：1-n              n
所以K=$\frac{n}{1-n}$=4，解得n=0.8，
所以υ（CO₂）=$\frac{0.8mol}{\frac{10L}{10min}}$=0.008 mol/（L•min），
故答案為：＞；0.008 mol/（L•min）；
（二）（4）該反應(yīng)中，鐵元素的化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?6價(jià)，氯元素化合價(jià)由+1價(jià)變?yōu)?1價(jià)，所以氫氧化鐵是還原劑，次氯酸鉀是氧化劑，生成0.5mol K₂FeO₄轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量=0.5mol×（6-3）=1.5mol，
故答案為：KClO；1.5；
（5）Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價(jià)鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用，電解時(shí)陽極Fe失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡常數(shù)和平衡的移動(dòng)等，掌握化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式的書寫和平衡移動(dòng)的原理應(yīng)用是解答的關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用：用來判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，用來計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，題目難度中等．