Question

19．铁和铝是两种重要的金属，它们的单质及化合物有着各自的性质．
（1）在一定温度下，氧化亚铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H＞0
①该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$
②该温度下，在2L盛有Fe₂O₃粉末的密闭容器中通入CO气体，10min后，生成了单质铁11.2g．则10min内CO的平均反应速率为0.015mol/（L•min）
（2）Fe³⁺盐和Al³⁺盐在性质上有很多相似的地方，如遇碱都生成难溶的胶状沉淀，可用于净水；也有不同之处，如Fe³⁺既有氧化性又有还原性，Al³⁺只有氧化性．但Fe³⁺只有在碱性介质中才能被氧化为FeO₄^2-，请完成下列方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）若将ag Fe和Al的混合物溶于2mol/L的足量的硫酸中，再往溶液中加入足量的6mol/L的NaOH溶液，充分反应，过滤，洗涤，干燥灼烧，称量所得固体的质量仍为ag，则原混合物中Al的质量分数为30%．

Answer 1

分析 （1）①平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
②先根据化学方程式计算出消耗的CO的物质的量，然后根据V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$求出CO的化学反应速率；
（2）Fe元素化合价由Fe（OH）₃中+3价升高为FeO₄^2-中+6价，化合价总升高3价，Cl元素化合价由ClO^-中+1价降低为Cl^-中-1价，共降低2价，化合价最小公倍数为6，故Fe（OH）₃、FeO₄^2-的系数为2，ClO^-、Cl^-的系数为3，根据题目信息及电荷守恒可知，反应物中缺项为OH^-，由元素守恒可知生成物中缺项为H₂O，结合原子守恒配平；
（3）Al、Fe混合物与足量硫酸反应后，向溶液中加入足量的NaOH溶液，得到的沉淀为氢氧化铁，将沉淀洗涤，灼烧得到的固体为氧化铁，氧化铁质量与Al、Fe总质量相等，则氧化铁中氧元素质量等于混合物中Al的质量，根据氧化铁化学式计算混合物中Al的质量分数．

解答 解：（1）①因平衡常数等于生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积，则K=$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$，故答案为：$\frac{c{\;}^{3}（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）}$；
②生成了单质铁的物质的量为：$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，则
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
                   0.3mol        0.2mol
所以CO的反应速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.3mol}{2L}}{10min}$=0.015mol/（L•min），故答案为：0.015mol/（L•min）；
（2）Fe元素化合价由Fe（OH）₃中+3价升高为FeO₄^2-中+6价，化合价总升高3价，Cl元素化合价由ClO^-中+1价降低为Cl^-中-1价，共降低2价，化合价最小公倍数为6，故Fe（OH）₃、FeO₄^2-的系数为2，ClO^-、Cl^-的系数为3，根据题目信息及电荷守恒可知，反应物中缺项为OH^-，由元素守恒可知生成物中缺项为H₂O，故配平后方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：2、3、4OH^-、2、3、5H₂O；
（3）Al、Fe混合物与足量硫酸反应后，向溶液中加入足量的NaOH溶液，得到的沉淀为氢氧化铁，将沉淀洗涤，灼烧得到的固体为氧化铁，氧化铁质量与Al、Fe总质量相等，则氧化铁中氧元素质量等于混合物中Al的质量，故混合物中Al的质量分数=$\frac{16×3}{56×2+16×3}$×100%=30%，
故答案为：30%．

点评 本题主要考查了化学平衡常数、反应速率的计算、氧化还原反应配平、混合物计算等，侧重考查学生对基础知识的迁移应用、分析解决问题的能力，难度中等．