Question

7．碳酸亚铁（FeCO₃）是菱铁矿的主要成分，将FeCO₃加热到200℃开始分解为FeO和CO₂，若在空气中高温煅烧FeCO₃则生成Fe₂O₃．
I．已知25℃，101kPa时：4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
2FeCO3（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=+1480kJ•mol^-1
（1）请写出FeCO₃在空气中煅烧生成Fe₂O₃的热化学方程式4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ•mol^-1．
II． 生成的FeO和Fe₂O₃在一定条件下被还原为金属铁．
（2）据报道，一定条件下Fe₂O₃可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁．其反应为：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）=2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①原子序数为26的铁元素位于元素周期表的第四周期．
②反应在5L的密闭容器中进行，2min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量消耗4.8g．则该段时间内用H₂表达的平均反应速率为0.018mol•（L•min）^-1．
③将一定量的Fe₂O₃（s）和一定量的CH₄（g）置于恒温恒容容器中，在一定条件下反应，能表明该反应达到平衡状态的是bd．
a．CH₄的浓度与CO的浓度之比为1：1       b．混合气体的密度不变
c．v正（CO）：v逆（H₂）=2：1                 d．固体的总质量不变
（3）FeO可用CO进行还原，已知：t℃时，FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）   K=0.5
若在1L密闭容器中加入0.04mol FeO（s），并通入x molCO，t℃时反应达到平衡．此时FeO（s）的转化率为50%，则x=0.06．
III．Fe₂O₃还可用来制备FeCl₃，FeCl₃在水溶液中的水解分三步：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H+K₁
Fe（OH）₂⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H+K₂
Fe（OH）₂⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H+K₃
（4）以上水解反应的平衡常数K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是K₁＞K₂＞K₃．
通过控制条件，以上水解产物聚合生成聚合物的离子方程式为：xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）（3x-y）+y+yH⁺
欲使平衡正向移动可采用的方法是a d（填字母 ）
a．加水稀释     b．加入少量NaCl固体    c．降温    d．加入少量Na₂CO₃固体．

Answer 1

分析 I．（1）已知①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1，
③2FeCO₃（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知，③×2+①+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H；
II．（2）①原子序数19～36位于元素周期表的第四周期；
②△n（H₂）=6×△（Fe₂O₃），代入v=$\frac{△n}{V•△t}$计算；
③反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，当变化的量不变时，达到化学平衡状态，据此分析；
（3）参加反应的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根据方程式知，参加反应的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的体积为1L，则平衡时c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，化学平衡常数K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，据此计算x值；
III．（4）多元弱碱水解时，其第一步水解程度远远大于第二步，第二步水解程度远远大于第三步；
欲使平衡正向移动，可以采用加入和氢离子反应的物质、加水稀释、升高温度的方法．

解答 解：I．（1）已知①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1，
③2FeCO₃（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知，③×2+①+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=（+1480kJ•mol^-1）×2+（-1648kJ•mol^-1）+（-393kJ•mol^-1）×4=-260kJ•mol^-1，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ•mol^-1；
II．（2）①原子序数19～36位于元素周期表的第四周期，因此原子序数为26的铁元素位于元素周期表的第四周期，
故答案为：四；
 ②△n（H₂）=6×△（Fe₂O₃）=6×$\frac{4.8g}{160g/mol}$=6×0.03mol=0.18mol，
v（H₂）=$\frac{△n}{V•△t}$=$\frac{0.18mol}{5L×2min}$=0.018mol•（L•min）^-1，
故答案为：0.018mol•（L•min）^-1；
③a．CH₄的转化率等于CO的产率，与是否达到平衡状态无关，故a错误；
b．由M=$\frac{m}{n}$可知，M是一个变量，因此当混合气体的平均相对分子质量不变，达到化学平衡状态，故b正确；
c．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2时，正、逆反应速率相等，达到化学平衡状态，故c错误；
d．该反应涉及固体和气体两种状态的物质，固体的总质量不变，说明达到化学平衡状态，故d正确；
故答案为：bd；
（3）参加反应的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，参加反应的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的体积为1L，则平衡时c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，化学平衡常数K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，x=0.06，
故答案为：0.06；
III．（4）多元弱碱水解时，因为每一步水解都生成氢离子，氢离子的存在抑制水解，所以其第一步水解程度远远大于第二步，第二步水解程度远远大于第三步，则存在K₁＞K₂＞K₃，
a．加水稀释，促进水解，故正确；
b．加入少量NaCl固体，对反应无影响，故b错误；
c． 水解反应为吸热反应，降温，化学平衡逆向移动，故c错误；
d．加入少量Na₂CO₃固体，降低了氢离子浓度，化学平衡正向移动，故d正确；
故答案为：K₁＞K₂＞K₃；ad．

点评 本题考查化学平衡计算、盐类水解、化学平衡状态判断等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，只有反应前后改变的物理量不变时可逆反应就达到平衡状态，会化学平衡常数的有关计算，题目难度中等．