Question

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法。
（1）从炼铁高炉口排出的尾气中含有一定量的有毒气体              （填化学式），会污染空气。100多年前，人们曾耗巨资改建高炉，结果尾气中的该物质含量并未减少。高炉炼铁的主要反应方程式为（设铁矿石用磁铁矿）                             。
（2）已知：①4Fe(s) + 3O₂=2Fe₂O₃(s) 　  ΔH₁　
②4Fe₃O₄(s)+O₂(g)=6Fe₂O₃(s)         ΔH₂ 
③3Fe(s)+2O₂(g)=Fe₃O₄(s)           ΔH₃ 
则ΔH₂＝　　　　　 （用含上述ΔH的代数式表示）。
（3）高铁酸钠（Na₂FeO₄）是铁的一种重要化合物，可用电解法制备，阳极材料为铁，其电解质溶液应选用_______ （填H₂SO₄、HNO₃、KOH、NaOH、Na₂SO₄）溶液，原因是_____________，阳极反应式为_________________。
（4）某温度下，HX的电离平衡常数K为1×10^-5。计算该温度下0.100mol/L的HX溶液的     H^＋浓度。（平衡时HX的浓度以0.100mol/L计，水的电离忽略不计，写出计算过程。）

Answer 1

（16分）
（1）CO（2分）   Fe₃O₄(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO₂(g) （写等号扣1分，不标状态不扣分）（2分）
（2）3ΔH₁－4ΔH₃ （2分） 
（3）NaOH（2分） 酸性条件会反应，KOH会引进K元素杂质（合理也给分）（2分）
Fe－6e^－+ 8OH^－= FeO₄^2－+ 4H₂O （2分）
（4）                   HX       X^－   +   H⁺
初始浓度/ mol·L^－1： 0.100            0         0
变化浓度/ mol·L^－1：  a             a         a
平衡浓度/ mol·L^－1： 0.100            a        a   （1分）
K= ==1×10^－5 ∴a≈1×10^－3（1+1+1分）
（K的表达式正确得1分，算式正确得1分，计算结果正确得1分）。

试题分析：（1）高炉炼铁原理为Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂，为了提高氧化铁的利用率及，一氧化碳一定过量，则尾气中含有的有毒气体是CO；产生上述现象的原因是高炉炼铁是可逆反应，则用磁铁矿为原料炼铁的原理为Fe₃O₄(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO₂(g)；（2）为了约去Fe(s)，观察3个热化学方程式，发现①×3—③×4=②，则②的焓变等于①的焓变×3—③的焓变×4，即ΔH₂=3ΔH₁－4ΔH₃；（3）阳极的主要反应物和产物是铁和高铁酸根离子，即Fe→FeO₄^2—；铁元素由0价升为+6价，升高总数为6，则失去6个电子，则Fe—6e^—→FeO₄^2—；由于铁单质与酸能直接反应，因此不能选择酸作电解质溶液，也不能用氢离子使左右电荷守恒，只能选碱作电解质溶液，但不能选择KOH，否则引入钾离子等杂质，根据电荷守恒，则Fe—6e^—+ 8OH^－→FeO₄^2—；根据氢、氧原子个数守恒，则阳极反应式为Fe－6e^－+ 8OH^－= FeO₄^2－+ 4H₂O；（4）依题意，该反应体系中各组分（起始、变化、平衡）浓度可以推导，则
HX       X^－   +   H⁺
初始浓度/ mol·L^－1          0.100           0         0
变化浓度/ mol·L^－1              a           a        a
平衡浓度/ mol·L^－1         0.100—a≈0.100     a      a
K= ==1×10^－5 ∴a≈1×10^－3