Question

将nmol木炭粉和1mol氧化亚铁在反应器中混合，隔绝空气加强热。

⑴ 可能发生的化学反应有

① Fe+C＝Fe+CO↑    ② 2FeO+C＝2Fe+CO₂↑ ③ FeO+CO＝Fe+CO₂↑

和④             　　　　　　　　　　　　　　　　    

⑵ 若n＜1/4，充分反应后，反应器中的固体物质是         ，气体产物是          。

⑶ 若n＜4，充分批应后，反应器中的固体物质是         　，气体产物是           。

⑷ 若反应的气体产物是混合物，n的取值范围是             。

⑸ 若反应的气体产物是混合物，且混合物中CO和CO₂的物质的量相等，则n的值为   。

Answer 1

⑴ C+CO₂  2CO ⑵ FeO 和Fe，CO  ⑶ C和Fe，CO ⑷ 1/2<n<1 ⑸ 2/3

解析:

解该题的思路首先从多种反应的特点出发，结合反应①和②得出：C和FeO的物质的量比大于或等于1∶1时，只生成CO；若比值是小于或等于1∶2时，只生成CO₂。在1∶1和1∶2之间既有CO也有CO₂生成。在数轴上可分为二点三区间：

结合题意木炭和FeO的比值判断某一反应物是否过量，确定所发生的反应。再根据反应方程式的相加原理，简化计算步骤，最后应用范围讨论解法求解。

分析问题⑴中前三个方程式知C有还原性，CO₂有一定的氧化性。既然题意是可能发生的反应，所以方程④是：C+CO₂  2CO。

对于问题⑵，n＜1/4，C和FeO物质的量之比是1∶4，说明FeO过量，所以，容器内的固体除产物Fe外，还应有FeO，而气体只有CO₂。

对于问题⑶，C和FeO物质的量之比是4∶1，说明木炭过量。从反应区间知，经充分反应后，容器内的固体除产物Fe外， 还应有木炭，而气体只有CO。

对于问题⑷，气体产物是混合物，只能是CO和CO₂，则固体物质只有Fe，根据前面的分析，n值应在1∶1和1∶2之间，即1/2＜n＜1，说明木炭既要参加①式反应，又要参加②式反应。

对于问题⑸，要求混合气体中CO和CO₂物质的量相等，可将①式和②式按题意相加得：

3FeO+2C3Fe+CO↑+CO₂↑，若FeO为1mol，则C为2/3。