Question

18．从古至今，铁及其化合物在人类生产生活中的作用发生了巨大变化．
（1）古代中国四大发明之一的司南是由天然磁石制成的，其主要成分是c（填字母
序号）．
a．Fe         b．FeO       c．Fe₃O₄       d．Fe₂O₃
（2）现代利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示．整个过程与温度密切相关，当温度低于570℃时，Fe₃O₄（s）和CO（g）反应得到的产物是Fe（s）和CO₂（g），阻碍循环反应的进行．

①已知：Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5kJ•mol^-1．
②下图表示其他条件一定时，Fe₃O₄（s）和CO（g）反应达平衡时CO（g）的体积百分含量随温度的变化关系．

i．反应Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”），理
由是当其他条件一定时，温度升高，CO的体积百分含量增大，可逆反应Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）逆向移动，故△H＜0．
ii．随温度升高，反应Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡常数的变化趋势是增大；1040℃时，该反应的化学平衡常数的数值是4．
（3）①古老而神奇的蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如下：

复分解反应ii的离子方程式是3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓．
②如今基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN^-，方案如下：

若试纸变蓝则证明食品中含有CN^-，请解释检测时试纸中FeSO₄的作用碱性条件下，Fe²⁺与CN^-结合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空气中O₂氧化生成Fe³⁺，[Fe（CN）₆]^4-与Fe³⁺反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色．

Answer 1

分析 （1）天然磁石成分为四氧化三铁；
（2）①Ⅰ．Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
Ⅱ.3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
Ⅲ．C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式；
②i．图象分析可知，随温度升高CO体积分数增大，说明达到平衡状态后，升温平衡逆向进行，正反应为放热反应；
ii．高于570°C，随温度升高，反应Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡正向进行，平衡常数的变化趋势增大，结合三行计算列式计算得到平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）①[Fe（CN）₆]^4-和Fe³⁺反应生成Fe₄[Fe（CN）₆]₃蓝色沉淀；
②若试纸变蓝则证明食品中含有CN^-，Fe²⁺与CN^-结合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空气中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 与Fe³⁺反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色．

解答 解：（1）古代中国四大发明之一的司南是由天然磁石制成的，磁铁成分主要是四氧化三铁，选c，
故答案为：c；
（2）①Ⅰ．Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
Ⅱ.3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
Ⅲ．C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式；C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5 kJ•mol^-1 ，
故答案为：C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5 kJ•mol^-1 ；
②i．当温度低于570℃时，Fe₃O₄（s）和CO（g）反应得到的产物是Fe（s）和CO₂（g），阻碍循环反应的进行，图象分析可知，随温度升高CO体积分数增大，说明达到平衡状态后，升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；当其他条件一定时，温度升高，CO的体积百分含量增大，可逆反应Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g） 逆向移动，故△H＜0；
ii．高于570°C，随温度升高，反应Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡正向进行，平衡常数的变化趋势增大，1040℃时CO体积分数为20%，结合三行计算列式计算得到平衡浓度，设起始浓度CO为1mol/L，消耗CO浓度为x
         Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）
起始量（mol/L）     1                 0
变化量（mol/L）     x                  x
平衡量（mol/L）   1-x                  x
$\frac{1-x}{1}$=20%
x=0.8mol/L
K=$\frac{0.8}{1-0.8}$=4，
故答案为：增大； 4；
（3）①[Fe（CN）₆]^4-和Fe³⁺反应生成Fe₄[Fe（CN）₆]₃蓝色沉淀，反应的离子方程式为：3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓，
故答案为：3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓；
②基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN^-，碱性条件下，Fe²⁺与CN^-结合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空气中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 与Fe³⁺反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色，
故答案为：碱性条件下，Fe²⁺与CN^-结合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空气中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 与Fe³⁺反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色．

点评 本题考查了物质性质、热化学方程式书写、离子检验实验设计方案分析判断、化学平衡计算等知识点，注意题干信息的理解应用，题目难度中等．