Question

【題目】金屬鐵鹽或其氧化物在生產(chǎn)生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用廣泛。

（1）一定條件下Fe2O3與甲烷反應(yīng)制取納米級(jí)鐵，同時(shí)生成CO和H2。

已知：Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H=-27.6kJ/mol

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.4kJ/mol

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-41.0kJ/mol

①反應(yīng)Fe2O3(s)+3 CH4(g)2Fe(s)+3CO(g) +6H2(g)的△H______0（填“>”、“<”或“=”）

②若該反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測(cè)得體系中固體質(zhì)量減少0.96g。則該段時(shí)間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為__________。

③若該反應(yīng)在恒溫恒壓容器中進(jìn)行，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______(選填序號(hào))

a．c(CH4)=c(CO)

b．固體的總質(zhì)量不變

c．v(CO)與v(H2)的比值不變

d．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

④該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)pK隨反應(yīng)溫度T的變化曲線(xiàn)如下圖。試用平衡移動(dòng)原理解釋該曲線(xiàn)的變化規(guī)律：______________________。若700℃時(shí)測(cè)得c平衡(H2)=1.0mol·L-1，則CH4的轉(zhuǎn)化率為_________。

(2)菱鐵礦的主要成分是：FeCO3，實(shí)驗(yàn)室中可以通過(guò)FeSO4與NaHCO3溶液混合制得FeCO3，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為：____________________。已知Ksp[FeCO3]=3.2×10-11，H2CO3的Ka1=4.30×10-7，Ka2=5.61×10-11。試通過(guò)以上數(shù)據(jù)簡(jiǎn)要計(jì)算說(shuō)明該反應(yīng)能進(jìn)行的原因_____________________。

(3)Na2FeO4是一種高效凈水劑，工業(yè)上以Fe為陽(yáng)極，NaOH為電解質(zhì)溶液進(jìn)行電解制備， 寫(xiě)出陽(yáng)極電極反應(yīng)式：_____________________。

Answer 1

【答案】 ＞ 0.012mol·min-1 bd 該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，K越大，則pK越小 50 % Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O K=[H2CO3]/[Fe2+]·[HCO3-] 2=Ka2/Ksp[FeCO3] ·Ka1=4.08×106>105，所以易發(fā)生 Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O

【解析】（1）①已知：ⅠFe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) △H=-27.6kJ/mol

ⅡCH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206.4kJ/mol

ⅢCO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H=-41.0kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅰ＋Ⅱ×3－Ⅲ×3即得到反應(yīng)Fe2O3(s)+3CH4(g)2Fe(s)+3CO(g) +6H2(g)的△H＝＋714.6 kJ/mol ＞0；

②若該反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測(cè)得體系中固體質(zhì)量減少0.96g，根據(jù)方程式可知減少的質(zhì)量即為氧化鐵中氧原子的質(zhì)量，物質(zhì)的量是0.06mol，所以生成CO是0.06mol，則該段時(shí)間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.06mol/(5L×1min)= 0.012mol·min-1。③a．c(CH4)=c(CO)不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，則不一定處于平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；b．固體的總質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，b正確；c．v(CO)與v(H2)的比值始終是1：2，不能據(jù)此說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；d．混合氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量均是變化的，因此混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，d正確，答案選bd；④由于該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，K越大，則pK越�。蝗�700℃時(shí)測(cè)得c平衡(H2)=1.0mol·L-1，此時(shí)pK＝0，即K＝1。

Fe2O3(s)+3CH4(g)2Fe(s)+3CO(g) +6H2(g)

起始濃度（mol/L） x 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.5 0.5 1

平衡濃度（mol/L） x－0.5 0.5 1

則，解得x＝1，所以CH4的轉(zhuǎn)化率為50%。(2) FeSO4與NaHCO3溶液混合可制得FeCO3，反應(yīng)的離子方程式為Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O。已知Ksp[FeCO3】=3.2×10-11，H2CO3的Ka1=4.30×10-7，Ka2=5.61×10-11。由于K=[H2CO3]/[Fe2+]·[HCO3-] 2=Ka2/Ksp[FeCO3] ·Ka1=4.08×106>105，所以該反應(yīng)能進(jìn)行。(3)陽(yáng)極發(fā)生鐵失去電子的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為高鐵酸根，電極反應(yīng)為Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O。