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【题目】铁及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。

(1)复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气,原理如下:

①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4-x)(s)+x/2O2(g) ΔH1

②MnFe2O(4-x)(s)+xH2O(g)===MnFe2O4(s)+xH2(g) ΔH2

③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH3

则:ΔH3与ΔH1、ΔH2的关系为ΔH3=________。

(2)纳米铁是重要的储氢材料,可用下列反应制得:Fe(s)+5COFe(CO)5(g) ΔH<0。在1 L恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.5 mol CO,在T1、T2不同温度下进行反应,测得c(CO)与温度、时间的关系如图1所示。

①T1________(填“>”或“<”)T2。

②T2温度下,上述反应的平衡常数K=________(结果不要求带单位)。

(3)高铁酸钾(K2FeO4)被人们称为“绿色化学”净水剂。高铁酸钾在酸性至弱碱性条件下不稳定。

①工业上用KClO与Fe(NO3)3溶液反应制得K2FeO4,反应的离子方程式为____________________。制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液混合的操作为________________________。

②已知K2FeO4在水解过程中铁元素形成的微粒分布分数与pH的关系如图所示。

向pH=6的溶液中加入KOH溶液,发生反应的离子方程式为____________________________________。

(4)电解法可制得K2FeO4,装置如图所示。阳极的电极反应式为________。

【答案】2(ΔH1+ΔH2)/x > 8×103 3ClO-+2Fe3++10OH-===2FeO42-+3Cl-+5H2O 在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中 HFeO4-+OH-===FeO42-+H2O Fe-6e-+8OH-===FeO42-+4H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律结合热化学方程式计算可得ΔH3与ΔH1、ΔH2的关系;

(2) ①该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,CO的浓度增大,以此判断;

②根据图中数据,列出三段式,找出平衡浓度,根据K=计算;

(3)①ClO-与Fe3+反应生成FeO42-,ClO-被还原为Cl-,根据得失电子守恒和电荷守恒及原子守恒写出反应的离子方程式;

制备K2FeO4时,K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解,应把Fe(NO3)3饱和溶液滴加到KClO溶液中;

②由图可知,pH=6时溶液主要存在HFeO4-,加入KOH溶液发生中和,以此写出该反应的离子方程式;

(4)铁是阳极失去6个电子生成FeO42-,据此书写阳极反应式。

(1) 已知:①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4-x)(s)+x/2O2(g) ΔH1

②MnFe2O(4-x)(s)+xH2O(g)===MnFe2O4(s)+xH2(g) ΔH2

③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH3

由热化学方程式结合盖斯定律,将反应①2+②2可得2xH2O(g)===2xH2(g)+xO2(g) ΔH=

2(ΔH1+ΔH2),反应③x可以得到相同的热化学方程式,则有ΔH3=2(ΔH1+ΔH2)/x。

故答案为:2(ΔH1+ΔH2)/x;

(2) ①该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡时CO的浓度增大,由图可知,T2时CO平衡浓度小于T1时,则T1>T2。

②T2温度下,

Fe(s)+5COFe(CO)5(g)

起始(mol/L) 0.5 0

转化(mol/L) 0.4 0.08

平衡(mol/L) 0.1 0.08

平衡常数K===8×103,

故答案为:> ;8×103;

(3)①ClO-与Fe3+反应生成FeO42-,ClO-被还原为Cl-,根据得失电子守恒和电荷守恒及原子守恒可得反应的离子方程式为3ClO-+2Fe3++10OH-===2FeO42-+3Cl-+5H2O;

制备K2FeO4时,K2FeO4在Fe3+和Fe(OH)3催化作用下发生分解,应把Fe(NO3)3饱和溶液滴加到KClO溶液中,具体操作为:在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中;

故答案为:3ClO-+2Fe3++10OH-===2FeO42-+3Cl-+5H2O;在搅拌下,将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中;

②由图可知,pH=6时溶液主要存在HFeO4-,加入KOH溶液发生中和,反应的离子方程式为HFeO4-+OH-===FeO42-+H2O,

故答案为:HFeO4-+OH-===FeO42-+H2O;

(4)铁是阳极失去6个电子,因此阳极电极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O,

故答案为:Fe-6e-+8OH-===FeO42-+4H2O。

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②用醋酸溶液和盐酸做导电性实验,若醋酸溶液导电性弱,则证明醋酸为弱电解质。

③将pH=2的CH3COOH溶液加水稀释100倍后,若pH>4,则证明醋酸为弱电解质。

④配制一定量的CH3COONa溶液,测其pH,若pH大于7,则证明醋酸为弱电解质。

(2)若25℃时,0.10 mol/L的CH3COOH的电离度为1%,则该溶液的pH=________,由醋酸电离出的c(H+)约为水电离出的c(H+)的_________倍。

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①反应后溶液中离子浓度的大小关系为_________________________________________________。

②V1:V2 __________(填“>”、“<”或“=”)2:1

③c(CH3COO-):c(CH3COOH)=__________________。

(4)常温下,可用氨水吸收废气中的CO2得到NH4HCO3溶液,在该溶液中,c(NH4+)_______(填“>”、“<”或“=”)c(HCO3-);反应NH4++HCO3-+H2ONH3·H2O+H2CO3的平衡常数K=_________。(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb=2×10-5,H2CO3的电离平衡常数Ka1=4×10-7,Ka2=4×10-11)

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