题目内容
【题目】铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。
(1)铁氧化合物循环分解水制H2
已知：H2O(l)===H2(g)＋
O2(g) ΔH1＝＋285.5 kJ/mol
6FeO(s)＋O2(g) ===2Fe3O4(s) ΔH2＝－313.2 kJ/mol
则：3FeO(s)＋H2O(l)===H2(g)＋Fe3O4(s) ΔH3＝___________
(2)Fe2O3与CH4反应可制备“纳米级”金属铁，其反应为： 3CH4(g) ＋ Fe2O3(s) 
2Fe(s) ＋6H2(g) ＋3CO(g) ΔH4
①此反应的化学平衡常数表达式为_________________________________。
②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入amolCO和2a molH2，三个容器的反应温度分别保持T1、T2、T3，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到tmin时CO的体积分数如图1所示，此时I、II、III三个容器中一定处于化学平衡状态的是___________(选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)；制备“纳米级”金属铁的反应：ΔH4 _____ 0(填“＞”或“＜”)。
③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和2mol Fe2O3(s)进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍。10 min内用Fe2O3(s)表示的平均反应速率为_______g·min－1； T℃下该反应的Kp = _____________________；T℃下若起始时向该容器中加入2molCH4(g)、4mol Fe2O3(s)、1molFe(s)、2mol H2(g)、2molCO(g)，则起始时v (正)______v (逆) (填“＞”、“＜”或“＝”)。
(3)纳米铁粉与水中NO3－反应的离子方程式为 4Fe+ NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O
①研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是_________________。
②相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3－的速率有较大差异，图2中所产生的差异的可能原因是__________________________________________________(答一条)。
【答案】＋128.9 kJ/mol 
Ⅲ ＞ 8 P06 ＞ 纳米铁粉与H＋反应生成H2 Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应(或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率)
【解析】
(1)依据题干热化学方程式，结合盖斯定律进行计算；
(2)①化学平衡常数=
；
②2Fe(s)＋6H2(g)＋3CO(g)3CH4(g)＋Fe2O3(s)，根据图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大的顺序为Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，结合化学平衡移动分析解答；根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，据此判断ΔH4大小；
③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和2mol Fe2O3(s)进行反应：3CH4(g)＋Fe2O3(s)2Fe(s)＋H2(g)＋3CO(g)；反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍，列出三段式，求用Fe2O3(s)表示的平均反应速率；Kp＝
；若起始时向该容器中加入2molCH4(g)、4mol Fe2O3(s)、1molFe(s)、2mol H2(g)、2molCO(g)，根据QC与K的关系判断反应进行的方向；
(3)①pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气；
②由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。
(1)已知：①H2O(l)=H2(g)＋
O2(g) ΔH1＝＋285.5 kJ/mol；②6FeO(s)＋O2(g)=2Fe3O4(s) ΔH2＝－313.2 kJ/mol；③3FeO(s)＋H2O(l)=H2(g)＋Fe3O4(s) ΔH3；由盖斯定律可得：③=①+
×②，则ΔH3=ΔH1+×ΔH2=＋285.5 kJ/mol+×(－313.2 kJ/mol)=＋128.9 kJ/mol；
(2)①3CH4(g)＋Fe2O3(s)2Fe(s)＋6H2(g)＋3CO(g)的化学平衡常数表达式为；
②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入a molCO和2a mol H2，发生反应2Fe(s)＋6H2(g)＋3CO(g)3CH4(g)＋Fe2O3(s)，根据图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大依次为：Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T1中的状态转变成T2中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转变成T3中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是Ⅲ；2Fe(s)＋6H2(g)＋3CO(g)3CH4(g)＋Fe2O3(s)，该反应正反应为放热反应，则上述反应3CH4(g)＋Fe2O3(s)2Fe(s)＋6H2(g)＋3CO(g)的ΔH4大于0；
③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4(g)和2mol Fe2O3(s)进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍，设消耗甲烷的物质的量为xmol，则：
压强之比为气体物质的量之比，则平衡时气体物质的量为6mol，列式为3x+2x+x＝6，解得x＝1.5mol，10 min内用Fe2O3(s)表示的平均反应速率为
=8g/min，T℃下该反应的Kp ==
=
=P06；假设容器的体积为1L，则在T℃下，平衡时有1.5molCH4(g)，3molH2(g)，1.5molCO(g)，该反应的平衡常数K= 
=
=36；若起始时向该容器中加入2molCH4(g)、4mol Fe2O3(s)、1molFe(s)、2mol H2(g)、2molCO(g)，QC= =
=26<K, 平衡正向移动，则起始时v (正)>v (逆)；
(3)①pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO3-的去除率下降；
②由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。
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