Question

钢铁生产中的尾气易造成环境污染，清洁生产工艺可消减污染源并充分利用．已知：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+17kJ/mol
（1）试计算反应：FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）的△H=

 

．
（2）已知1092℃时（1）中反应的平衡常数为0.35，在1L的密闭容器中，投入7.2g FeO和0.1mol CO加热到1092℃并保持该温度，反应在t₁时达平衡．
①t₁时反应达平衡后，CO气体的体积分数为

 

．
②反应（1）在一定条件下达到平衡，则下列叙述表明该反应已经达到平衡状态的是

 

（填字母）．
a．混合气体的密度不变　　　　　      　b．CO的浓度不再改变
c．v（CO）_正=v（CO₂）_逆　              d．容器内总压强不变
（3）含铁元素的高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种优良的水处理剂．
①K₂FeO₄溶于水是一个可逆的过程，放出一种无色无味气体．其杀菌消毒、净化吸附水中的悬浮杂质的原理可用离子方程式表示为

 

．
②FeO₄^2-在水溶液中的存在形态如图a所示，纵坐标表示分数分布．则下列说法不正确的是

 

（填字母）．
A．不论溶液酸碱性如何变化，铁元素都有4种存在形态
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数逐渐增大
C．向pH=6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为HFeO₄^-+OH^-═FeO₄^2-+H₂O
③高铁酸钾还可制作充电电池，原理为：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O

放电

充电

3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH
该电池充电时阳极电极反应式为

 

．
④将适量K₂FeO₄溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c（FeO₄^2-）=1.0mmol/L的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，测定c（FeO₄^2-）的变化，结果见图b．该操作的目的是

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,原电池和电解池的工作原理,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）①FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）平衡常数为0.35，依据化学平衡三段式列式计算；
②反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断；
（3）①高铁酸根离子具有强氧化性，所以能杀菌消毒，高铁酸根离子能发生氧化还原反应生成氧气，同时生成氢氧化铁，氢氧化铁具有吸附性；
②根据图象的内容来分析图象所描述的意义；
③依据原电池反应，3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OHˉ；原电池的负极上锌失去电子发生氧化反应，正极上FeO₄^2-+发生还原反应；电解池阳极解原电池正极；
④由图1数据可知，将试样分别置于不同温度的恒温水浴中，来测定c（FeO₄^2-）的变化，显然是确定温度对FeO₄^2-浓度的影响情况．

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+17kJ/mol
依据盖斯定律①×3-（③×2+②）得到：6FeO（s）+6CO（g）?6Fe（s）+6CO₂（g）△H=-62kJ/mol；
得到FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）△H=-10.3kJ/mol；
故答案为：-10.3 kJ/mol；
（2）①）①已知1092℃时（1）中反应的平衡常数为0.35，在1L的密闭容器中，投入7.2gFeO和0.1mol CO加热到1092℃并保持该温度，反应在t₁时达平衡，依据化学平衡三段式列式计算设反应消耗的一氧化碳物质的量x：
              FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g），
起始量（mol）           1               0
变化量（mol）          x             x
平衡量（mol）          1-x            x
K=

c(CO2)

c(CO)

=

x

1-x

=0.35
x=0.26
CO气体的体积分数=

1-0.26

1

×100%=74%；
故答案为：74%；
②a．混合气体的密度=

m

V

，质量变化，V不变，当密度不变，证明达到了平衡，故a正确；
b．CO的浓度不再改变是平衡的特征，故b正确；
c．v（CO）_正=v（CO₂）_逆，说明正逆反应速率相等，达到了平衡，故c正确；
d．反应是前后体积不变的反应，当容器内总压强不变，不一定平衡，故d错误．
故选abc．
（3）①高铁酸根离子具有强氧化性，所以能杀菌消毒，高铁酸根离子和水反应生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性是，所以能净水，反应方程式为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑，
故答案为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂↑；
②A、不同PH值时，溶液中铁元素的存在形态及种数不相同，比如在PH值等于6时，就只有两种形态，故A错误；
B．根据图片知，向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数先增大，后减小，故B错误；
C．向pH=6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为：HFeO₄^-+OH^-=FeO₄^2-+H₂O，故C正确；
故答案为：AB；
③反应原理为：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O?3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，原电池的负极发生氧化反应，正极电极反应式为：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；负极电极反应为：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；充电为电解池反应为，该电池充电时阳极连接原电池的正极：电极反应式为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；
④由图1数据可知，温度越高，相同时间内FeO₄^2-浓度变化越快，高铁酸钾溶液平衡时FeO₄^2-浓度越小，温度越高FeO₄^2-浓度越小，
故答案为：探究温度变化对FeO₄^2-浓度的影响（或相同时间内不同温度下FeO₄^2-浓度的大小变化）．

点评：本题考查学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应、电解原理的应用，原电池的工作原理的应用等．难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活运用知识解决问题的能力，注意基础知识的全面掌握．