Question

12．中國是世界上第一鋼鐵生產(chǎn)大國，近兩年鋼鐵行業(yè)形式急轉直下，不少鋼鐵企業(yè)陷入全面虧損，2015年，鋼鐵年產(chǎn)量出現(xiàn)34年來的首次下降．原因就是因為高爐煉鐵技術低級落后，不能生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品．請根據(jù)所學知識回答下列問題：
（1）地殼中含量最多的金屬元素的單質(zhì)與氧化鐵在高溫下發(fā)生反應可用于焊接鋼軌，該反應的化學方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（2）CO（g）+FeO（s）=CO₂（g）+Fe（s）△H=-218.03kJ•mol^-1
     3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ•mol^-1
     Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ•mol^-1
則反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的△H=-24.8kJ•mol^-1．
（3）在T℃、2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質(zhì)，反應經(jīng)過一段時間后達到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

①反應達到平衡后，再通入一定量的氬氣，則CO的轉化率將不變（填“增大”、“減小”、“不變”）；
②若甲容器中CO的平衡轉化率為60%，則T℃時，反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=64；
③下列說法正確的是B
A．若容器壓強恒定，反應達到平衡狀態(tài)
B．若容器內(nèi)混合氣體密度恒定，反應達到平衡狀態(tài)
C．甲、乙容器中CO的平衡轉化率相等
D．增加Fe₂O₃粉末的物質(zhì)的量就能提高CO的轉化率
（4）鐵與金屬鎳在堿性條件下可形成二次電池，俗稱愛迪生蓄電池．利用愛迪生蓄電池可以制取少量高錳酸鉀（裝置如圖所示），此裝置中負極是a（填“a”或“b”），寫出陽極的電極反應式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；當生成19.8g的K₂FeO₄時，電路中轉移的電子的物質(zhì)的量為0.6mol．

Answer 1

分析 （1）地殼中含量最多的金屬元素是鋁元素，利用其單質(zhì)鋁與氧化鐵在高溫下發(fā)生反應生成鐵和氧化鋁來焊接鋼軌；
（2）根據(jù)蓋斯定律計算反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的△H；
（3）①在T℃時，恒容密閉容器，再通入一定量的N₂，雖然壓強增大了，但反應物和生成物的濃度都沒有變化，所以平衡不移動；
②若甲容器中CO的平衡轉化率為60%，則T℃時，依據(jù)平衡三段式結合平衡常數(shù)的表達式列式計算；
③A．反應前后氣體物質(zhì)的量不變，說明壓強也一直不變，若容器壓強恒定，不能標志反應達到平衡狀態(tài)；
B．反應前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態(tài)；
C．乙容器中一氧化碳增加，平衡雖然向正方向移動，但由于只增加一氧化碳的量，所以一氧化碳的轉化率仍然變低，故甲容器中CO的平衡轉化率不等于乙的轉化率；
D．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率；
（4）放電時，鐵棒作負極，碳棒作正極，據(jù)此判斷a的電極；鐵失電子和氫氧根離子生成高鐵酸根離子和水；當生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時，再根據(jù)陽極電極反應式可知轉移電子為0.6mol．

解答 解：（1）鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應焊接鋼軌的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（2）①CO（g）+FeO（s）=CO₂（g）+Fe（s）△H=-218.03kJ•mol^-1
     ②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ•mol^-1
    ③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知①×2+②+③×$\frac{2}{3}$得反應Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g），△H=（-218.03kJ•mol^-1）×2+
（-47.2kJ•mol^-1）+（+640.5kJ•mol^-1）×$\frac{2}{3}$=-24.8kJ•mol^-1，故答案為：-24.8kJ•mol^-1；
（3）①在T℃時，恒容密閉容器，再通入一定量的N₂，雖然壓強增大了，但反應物和生成物的濃度都沒有變化，所以平衡不移動，所以CO的轉化率將不變，
故答案：不變；
②若甲容器中CO的平衡轉化率為60%，則T℃時，
            Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1         1         1         1
變化量（mol）           0.6                0.6
平衡量（mol）           0.4                1.6
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（1.6mol/L）^{3}}{（0.4mol/L）^{3}}$=64，
故答案為：64；
③A．反應前后氣體物質(zhì)的量不變，說明壓強也一直不變，若容器壓強恒定，不能標志反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時，標志反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．乙容器中一氧化碳增加，平衡雖然向正方向移動，但由于只增加一氧化碳的量，所以一氧化碳的轉化率仍然變低，故甲容器中CO的平衡轉化率不等于乙的轉化率，故C錯誤；
D．固體量增加不影響化學平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉化率，故D錯誤；
故答案為：B；
（4）放電時，鐵作負極，碳棒作正極，所以放電時a是負極，b是正極；陽極上鐵失電子和氫氧根離子反應生成高鐵酸根離子和水，離子方程式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；當生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時，再根據(jù)陽極電極反應式可知轉移電子為0.6mol，
故答案為：a；Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；0.6mol．

點評 本題考查蓋斯定律的應用、平衡常數(shù)的計算、平衡移動等知識點還以安迪生電池為載體考查了原電池原電池和電解池原理，難度不大，明確高鐵酸鈉能作為一種新型凈水劑的原理．