Question

合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe₂O₃．
（1）当催化剂中FeO与Fe₂O₃的质量之比为9：20时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为多少？（用小数表示，保留2位小数）
（2）以Fe₂O₃为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量碳，发生如下反应：2Fe₂O₃+C

高温  .

4FeO+CO₂↑．为制得这种活性最高的催化剂，应向480gFe₂O₃粉末中加入碳多少克？

Answer 1

分析：（1）根据该混合物中如果FeO与Fe₂O₃的质量，由两氧化物中铁元素的质量分数，可求得混合物与所含铁的质量关系，即可得此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数；
（2）根据活性最高的催化剂中FeO与Fe₂O₃的质量之比为9：20，由化学方程式可确定反应中两氧化物的质量关系，从而求出为制得活性最高的催化剂应将480gFe₂O₃粉末转化为FeO的质量，然后再由FeO的质量计算出所加碳的质量．

解答：解：（1）假设此时混合物中FeO的质量为9m，则Fe₂O₃的质量为20m，混合物的质量为29m
混合物中铁的质量分数=

9m× 56 72 ×100%+20m× 112 160 ×100%

29m

=0.72
（2）设反应生成FeO的质量为x，消耗Fe₂O₃的质量为y，需要加入碳的质量为z
2Fe₂O₃+C

高温  .

4FeO+CO₂↑
320    12      288
y       z       x

320

y

=

288

x

  y=

320

288

x

12

z

=

288

x

  z=

12x

288

则活性最高的催化剂中FeO与Fe₂O₃的质量之比=x：（480g-

320

288

x）=9：20，解得x=144g
应加入碳的质量=144g×

12

288

=6g
答：（1）此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为0.72；
（2）为制得这种活性最高的催化剂，应向480gFe₂O₃粉末中加入碳6克．

点评：解答本题的难点在于确定480gFe₂O₃粉末应转化为FeO的质量，因此可通过化学方程式首先确定反应中两物质的质量关系，然后再利用最佳质量比解决需要生成FeO的质量．