Question

12．鐵元素及其化合物與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，回答下列問題
（1）鐵酸鈉（Na ₂FeO₄）是一種新型水處理劑，它有比高錳酸鉀更強的氧化性，在水中反應(yīng)被還原為Fe ³⁺．
①鐵酸鈉中鐵元素的化合價為+6．
②鐵酸鈉用于水處理，除了能消毒殺菌外，還可以像明礬【KAl（SO₄）₂】一樣起到凈水作用，請說明明礬的凈水原理：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺．（用離子方程式表示）
（2）反應(yīng)ⅠFe（s）+CO ₂ （g）?FeO（s）+CO（g）△H=a kJ?mol ^-1，平衡常數(shù)為K；
反應(yīng)ⅡCO（g）+$\frac{1}{2}$O ₂ （g）=CO ₂ （g）△H=b kJ?mol ^-1 測得在不同溫度下，K值如下：

溫度/℃	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①寫出反應(yīng)Ⅰ的K的表達式k=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$．
②反應(yīng)Ⅰ中的a大于0（填大于、小于、等于）．
③若500℃時進行反應(yīng)Ⅰ，CO ₂ 起始濃度為2mol?L ^-1，CO的平衡濃度為1mol?L ^-1．
④700℃反應(yīng)Ⅰ達到平衡，要使得該平衡向右移動，其它條件不變時，可以采取的措施有BC（填序號）．
A．縮小反應(yīng)器體積            B．通入CO ₂
C．升高溫度到900℃D．使用合適的催化劑
⑤由反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ可求得，反應(yīng)2Fe（s）+O ₂（g）=2FeO（s）的△H=2（a+b）kJ?mol ^-1．
（3）鐵紅是一種紅色顏料，其成份是Fe₂O₃．將一定量的鐵紅溶于160mL 5mol•L^-1鹽酸中，再加入一定量鐵粉恰好完全溶解，收集到氣體2.24L（標準狀況），經(jīng)檢測，溶液中無Fe³⁺，則參加反應(yīng)的鐵粉的質(zhì)量為11.2g．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化合價代數(shù)和為0計算鐵的化合價；
②Al³⁺水解形成氫氧化鋁膠體．
（2）①平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越大，即升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進行，溫度升高平衡向吸熱方向進行；
③令CO平衡濃度為cmol/L，根據(jù)三段式求出平衡時，反應(yīng)混合物氣體各組分的平衡濃度，代入①中平衡常數(shù)k，列方程計算；
④A、縮小體積，壓強增大，反應(yīng)前后體積不變，改變壓強不影響平衡；
B、通入二氧化碳，二氧化碳濃度增大，平衡向其濃度減小的方向移動；
C、升高溫度平衡向吸熱方向移動；
D、使用催化劑，加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動．
⑤根據(jù)蓋斯定律求算；
（3）參加反應(yīng)的鐵粉為與鐵離子反應(yīng)及與氫離子反應(yīng)的兩部分之和，根據(jù)氫氣的體積計算出與鹽酸反應(yīng)的鐵的物質(zhì)的量及HCl的物質(zhì)的量，再根據(jù)氯原子守恒，求出氯化鐵的物質(zhì)的量，進而求出與鐵離子反應(yīng)的鐵的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①令鐵酸鈉（Na₂FeO₄）中鐵元素的化合價為n，則1×2+n+（-2）×4=0，解得n=+6，
故答案為：+6；
②Al³⁺水解形成氫氧化鋁膠體，氫氧化鋁膠體具有吸附性，可以凈水，離子方程式為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，
故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（2）①平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以平衡常數(shù)k=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$，
故答案為：k=$\frac{C（CO）}{C（C{O}_{2}）}$；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越大，即升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進行，溫度升高平衡向吸熱方向進行，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即a＞0，
故答案為：大于；
③令CO平衡濃度為cmol/L，根據(jù)三段式求出平衡時，反應(yīng)混合物氣體各組分的平衡濃度，
                        Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g）
開始（mol/L）：2                                0
變化（mol/L）：c                                c
平衡（mol/L）：2-c                              c
所以$\frac{c}{2-c}$=1，解得c=1，
故答案為：1mol/L；
④A、縮小體積，壓強增大，反應(yīng)前后體積不變，改變壓強不影響平衡，故A錯誤；
B、通入二氧化碳，二氧化碳濃度增大，平衡向其濃度減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，故B正確；
C、該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱方向移動，即向正反應(yīng)進行，故C正確；
D、使用催化劑，加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動，故D錯誤．
故選：BC；
⑤已知：反應(yīng)ⅠFe（s）+CO₂（g）=FeO（s）+CO（g）△H=a kJ?mol^-1，
反應(yīng)ⅡCO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=b kJ?mol^-1，
所以，反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ得：Fe（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=FeO（s）△H=（a+b）kJ?mol^-1，
即2Fe（s）+O₂（g）=2FeO（s）△H=2（a+b）kJ?mol^-1，
故答案為：2（a+b）kJ?mol^-1；
（3）氫氣的物質(zhì)的量為 $\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
Fe～～～～2HCl～～～H₂，
0.1mol 0.2mol 0.1mol
根據(jù)氯原子守恒，所以氯化鐵的物質(zhì)的量為$\frac{1}{3}$×（0.16L×5mol/L-0.2mol）=0.2mol，
Fe～～～2FeCl₃
0.1mol 0.2mol
所以參加反應(yīng)的鐵粉的質(zhì)量為（0.1mol+0.1mol）×56g/mol=11.2g，
故答案為：11.2g．

點評 本題綜合性較大，涉及化學(xué)平衡、鹽類水解、熱化學(xué)反應(yīng)方程式等，難度中等，注意（3）中利用關(guān)系式計算，簡化計算．