题目内容

氧化铁在工业上具有广泛的应用。
I．据报道，一定条件下利用FeO2与甲烷反应可制取“纳米级”的金属铁。其反应如下：
Fe2O3(s)＋3CH4(g)＝2Fe(s)＋3CO(g)＋6H2(g) △H＞0
（1）若反应在2L的密闭容器中进行，5min后达到平衡，测得反应生成Fe的质量为l.12g。则该段时间内CH4的平均反应速率为 ________________。
（2）反应达到平衡后，保持其他条件不变，仅改变某一相关元素，下列说法正确的是___(选填序号)。
a．若加入催化剂，v正增大，平衡向右移动
b．若温度升高，平衡常数K减小
c．若增大Fe2O3的量，平衡向右移动
d．若从反应体系中移走部分CO，可提高CH4的转化率
Ⅱ．工业上利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、A12O3、SiO2等)为原料提取Fe2O3，工艺
流程如下：试回答下列问题：
 
（3）步骤i烧渣中A12O3溶解的离子方程式为________________。
（4）步骤i、ⅱ、ⅲ都要进行的操作名称是__________________。
（5）结合下图，判断步骤ⅱ中调节溶液的pH不高于_________________。

（6）已知

计算反应Fe2＋(aq)＋2HCO3－(aq)FeCO3(s)＋H2CO3(aq)的平衡常数为_______。
（7）在空气中煅烧FeCO3生成氧化铁的化学方程式为____________。
（8）结合所学化学知识，请你设计在实验室里从上述的硫铁矿烧渣中提取氧化铁的另一种简单方案。
（1）0.003mol/(L·min)没有单位扣1分）
（2）d
（3）Al2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2O
（4）过滤
（5）7
（6）4.06×106或4．1×106
（7）4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2
（8）取少量硫铁矿烧渣，加入足量热的浓氢氧化钠溶液，搅拌、过滤、洗涤、烘干（答案合理即可得分）

试题分析：I．（1）5min后达到平衡，测得反应生成Fe的质量为l.12g，物质的量是1.12g÷56g/mol＝0.02mol。因此根据方程式可知消耗甲烷的物质的量是0.03mol，其浓度是0.015mol/L，所以用甲烷表示的反应速率是0.015mol/L÷5min＝0.003mol/(L·min)。
（2）a．加入催化剂，正逆反应速率均增大，平衡不移动，a不正确；b．正方应是吸热反应，因此若温度升高，平衡向正反应方向移动，所以平衡常数K增大，b不正确；c．氧化铁是固体，因此若增大Fe2O3的量，平衡不移动，c不正确；d．若从反应体系中移走部分CO，降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，因此可提高CH4的转化率，d正确，答案选d。
Ⅱ．（3）A12O3溶解在稀硫酸中反应的离子方程式为Al2O3＋6H＋＝2Al3＋＋3H2O。
（4）步骤i、ⅱ、ⅲ中都产生不溶性固体，因此都要进行的操作名称是过滤。
（5）根据图像可知，亚铁离子开始沉淀时的pH值是7，所以要得到碳酸亚铁，则溶液的pH不能高于7，因此步骤ⅱ中调节溶液的pH不高于7。
（6）反应Fe2＋(aq)＋2HCO3－(aq)FeCO3(s)＋H2CO3(aq)的平衡常数K＝＝＝＝＝4.06×106。
（7）根据原子守恒可知，在空气中煅烧FeCO3生成氧化铁的同时还有CO2生成，因此反应的化学方程式为4FeCO3＋O22Fe2O3＋4CO2。
（8）由于氧化铝与二氧化硅均能和氢氧化钠溶液反应，而氧化铁与氢氧化钠溶液不反应，因此要提取氧化铁的实验方案可设计为取少量硫铁矿烧渣，加入足量热的浓氢氧化钠溶液，搅拌、过滤、洗涤、烘干。
练习册系列答案
相关题目
一位学生对铁与氧化铁反应后的产物进行探究。
(1)提出假设
假设1：产物为FeO；
假设2：                       。
(2)查阅资料
该学生通过查阅资料得知：在铁的三种氧化物中，四氧化三铁最稳定，氧化亚铁最不稳定，常温下极易被氧气氧化成氧化铁(颜色由黑色变成红色)。
通过查阅资料可以得出的初步结论为                                       。
(3)进行实验
该学生设计了如下装置进行铁与氧化铁反应的实验。请你帮助他将实验步骤补充完整。

①按如图装置连接好仪器(暂不装入药品)，                      。
②称取1 g还原性铁粉和5 g氧化铁粉末，混合均匀后平摊在玻璃管中部。
③松开两个弹簧夹，                               ，即可夹上弹簧夹a，并开始加热药品。
④大约4分钟左右，棕色粉末全部变黑；再夹上弹簧夹b，然后停止加热，等到玻璃管冷却至室温，倒出黑色粉末。
(4)现提供如下药品，验证实验得到的黑色粉末的成分。磁铁、稀盐酸、KSCN溶液、酸性KMnO4溶液、试管、胶头滴管。
实验步骤
预期现象和结论
 
 
 
(5)实验结论：铁与氧化铁反应的化学方程式为                                     。
由冰铜（mCu2O·nFeS）冶炼得到粗铜，再以粗铜为原料制纯铜的流程如下：

请回答下列问题：
（1）气体X是       。
（2）某研究性学习小组用熔渣Y与CO反应来制取Fe。
①请按气流由左到右的方向连接下列各装置，顺序为A→________。
②装置C的作用是________________。
③在点燃D处的酒精灯前，应进行的操作是__________________。
 
（3）熔渣Y中铁元素的价态有+2价和+3价，根据限选试剂，设计实验方案验证熔渣Y中有+2价铁元素存在，写出有关实验操作、预期现象与结论。
限选试剂： 3 mol·L-1H2SO4、6 mol·L-1HNO3、3％ H2O2、0.01 mol·L-1KMnO4、20％ KSCN。
                                                                                            
                                                                                            
                                                                                          。
（4）写出泡铜冶炼粗铜反应的化学方程式                               。
（5）根据限选材料画出用粗铜提炼纯铜的装置图，并进行必要的标注。
限选材料：FeSO4(aq)、CuSO4(aq)、粗铁、纯铁、粗铜、纯铜、烧杯、直流电源、导线。
科研、生产中常涉及铁及其化合物
（1）实验室配制FeSO4溶液时，常向溶液中加入的物质有__________________。
（2）高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途，高铁酸钾（K2FeO4）是一种理想的水处理剂，处理水时所起的作用是________________________。
（3）高铁电池是一种新型可充电、能长时间保持稳定放电电压的电池。该电池总反应式为3Zn（OH）2＋2Fe（OH）3＋4KOH3Zn＋2K2FeO4＋8H2O，该电池放电时的负极反应式为________，充电时阳极附近溶液的pH________（填“变大”、“不变”或“变小”）。
（4）高炉炼铁过程中发生下列反应：
①Fe2O3（s）＋3CO（g）=2Fe（s）＋3CO2（g） ΔH＝－24.8 kJ/mol
②3Fe2O3（s）＋CO（g）=2Fe3O4（s）＋CO2（g） ΔH＝－47.2 kJ/mol
③3Fe3O4（s）＋CO（g）=3FeO（s）＋CO2（g） ΔH＝＋640.4 kJ/mol
请你写出用CO还原FeO固体制得Fe和CO2的热化学方程式：________________。
以硫铁矿烧渣（含有氧化铁和少量硫化亚铁、二氧化硅等）为原料制备聚铁{可表示为Fe2(OH)n(SO4)3-n/2，和绿矾(FeSO4.7H2O)具有成本低、反应快、产品质量高等优点。制备流程如下图：

（1）流程图中溶液X为Fe(SO4)3，溶液，据此写出操作①中属于氧化还原反应的离子方程式：____________。
（2）操作②的处理存在弊端，该弊端是_____________。若固体W与KOH溶液昆合加热，其中一个反应的化学方程式为3S+6KOH2K2S+K2SO3+3H2O，该反应的氧化剂与还原剂质量之比为___________。
（3）操作③需要加入的物质（试剂）是_________，目的是___________________________。
（4）操作⑤是使溶液pH___________（填“增大”或“减小”）。
（5）操作⑥控制温度为70 -80℃的目的是_________________________________________ 。
（6）双氧水在酸性环境（硫酸）中是一种强氧化剂，可以将硫酸亚铁氧化成三价铁，制得Fe2(OH)n(SO4)3-n/2，反应的化学方程式为__________________________________。
高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。湿法、干法制备高铁酸盐的原理如下表所示。
（1）工业上用湿法制备高铁酸钾（K2FeO4）的流程如图所示：

①洗涤粗品时选用异丙醇而不用水的理由是：                                 。
②反应II的离子方程式为                                                  。
③高铁酸钾在水中既能消毒杀菌，又能净水，是一种理想的水处理剂．它能消毒杀菌是因为                它能净水的原因是                                  。
④已知25℃时Fe(OH)3的Ksp = 4.0×10-38，反应II后的溶液中c(Fe3+)=4.0×10-5 mol/L,则需要调整        时，开始生成Fe(OH)3（不考虑溶液体积的变化）。
（2）由流程图可见，湿法制备高铁酸钾时，需先制得高铁酸钠，然后再向高铁酸钠中加入饱和KOH溶液，即可析出高铁酸钾。①加入饱和KOH溶液的目的是：         。
②由以上信息可知：高铁酸钾的溶解度比高铁酸钠   （填“大”或“小”）。
湿法
强碱性介质中，Fe(NO3)3与NaClO反应生成紫红色高铁酸盐溶液
干法
Fe2O3、KNO3、KOH混合加热共熔生成紫红色高铁酸盐和KNO2等产物
 
（3）干法制备K2FeO4的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为        。
（4）高铁电池是正在研制中的可充电干电池，高铁电池具有工作电压稳定， 放电时间长等优点，有人以高铁酸钾、二氧化硫和三氧化硫原料，以硫酸酸钾为电解质，用惰性电极设计成高温下使用的电池，写出该电池正极电极反应式：                      。
铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用。请回答下列问题：
(1)黄铁矿(FeS2)是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料。其中一个反应为3FeS2＋8O26SO2＋Fe3O4，有3 mol FeS2参加反应，转移________ mol电子。
(2)氯化铁溶液常用作印刷电路铜板腐蚀剂，反应的离子方程式为________________；从腐蚀废液回收得到金属铜，还需要的试剂是__________________________。
(3)与明矾相似，硫酸铁也可作净水剂，在使用时发现硫酸铁并不能使酸性废水中的悬浮物沉降除去，其原因是____________________________
(4)钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，将该图稍作修改即可成为钢铁电化学防护的简单示意图，请在图中虚线框内作出修改，并用箭头标出电子流动方向。
化工生产中常利用硫酸厂煅烧黄铁矿石的烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)来制备聚铁(碱式硫酸铁的聚合物)和绿矾(FeSO4·7H2O)，流程如     下：
 
(1)将过程②中产生的气体通入下列溶液中，溶液会褪色的是________(填选项序号)。
a．品红溶液  b．紫色石蕊溶液   c．酸性KMnO4溶液  d．溴水
(2)过程①中，FeS和O2、H2SO4反应的离子方程式为______________________
(3)过程③中，需加入的物质是____________；反应的化学方程式为_____________________
用溶液Y制绿矾时，可取少量Y溶液于试管中，向试管内加入少量的________________溶液，观察溶液是否变为________色，以验证其中是否含有Fe3＋。
(4)在实验室里，完成过程④中的____________(填操作名称)，需要使用酒精灯、三脚架、坩埚钳等，还需要的玻璃仪器有___________________________。
(5)过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是____________________________________________________。
(6)实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验：①用分析天平称取2.700 g样品；②将样品溶于足量的盐酸后，加入过量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥、称量，得固体质量为3.495 g。若该聚铁的主要成分为[Fe(OH)SO4]n，则聚铁样品中铁元素的质量分数为________。(假设杂质中不含铁元素和硫元素)
用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体(CuCl2xH2O)。有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe3＋几乎完全水解而沉淀，而此时Cu2＋却几乎不水解。
(1)溶液A中的金属离子有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋。检验溶液A中Fe2＋的最佳试剂为_____（填编号，下同）。
①KMnO4  ②(NH4)2S       ③NaOH        ④ KSCN
(2)氧化剂可选用_________。①Cl2 ②KMnO4 ③HNO3 ④H2O2
(3)要得到较纯的产品，试剂可选用_______________。①NaOH ②FeO ③CuO ④Cu2(OH)2CO3
(4)从滤液经过结晶得到氯化铜晶体的方法是_____________（按实验先后顺序选填编号）。
①过滤 ②蒸发浓缩 ③蒸发至干 ④冷却
(5)欲测定溶液A中的Fe2＋的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO4溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、胶头滴管外，还需_________，下列滴定方式中，最合理的是___________（夹持部分略去）（填字母序号）。

(6)为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl2xH2O）中的x值，某学生设计了两种实验方案：
方案一：称取mg晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl2的质量为n1g
方案二：称取mg晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再减轻为止，冷却，称量所得固体的质量为n2g。
试评价上述两种实验方案：其中正确的方案是________，理由是___________，据此计算得x＝_________（用含m、n1或n2的代数式表示）。

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