Question

铁是重要的金属元素，用途极广．
（1）高铁酸钾（K₂FeO₄）具有很强的氧化性，常用作净水剂，对环境无不良影响，被人们称为“绿色化学”试剂．工业上，可用铁作阳极，电解KOH溶液制备K₂FeO₄，其阳极的电极反应式为

 

．
（2）某高效净水剂可由Fe（OH）SO₄聚合得到．工业上以FeSO₄、NaNO₂和稀硫酸为原料来制备Fe（OH）SO₄，反应中有NO生成，化学方程式为

 

．
（3）已知：①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
高炉炼铁过程中发生的主要反应为：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）△H=a kJ/mol，则a=kJ/mol．
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：

温度/℃	1000	1115	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此时v正

v_逆（填“等于”、“大于”或“小于”）．经过l0min，在1000℃达到平衡，则该时间范围内反应的平均反应速率v（CO₂）=

 

．欲提高上述反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是

 

；
A．提高反应温度  B．移出部分CO₂   C．加入合适的催化剂  D．减小容器的容积
（4）一定温度下的难溶电解质在水溶液中达到溶解平衡时．已知下表数据，对含等物质的量的CuSO₄、FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃的混合溶液的说法，不科学的是

 

．

物质	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Fe（OH）3
Ksp/25℃	8.0×10-16	2.2×10-20	4.0×10-38
完全沉淀时的PH值	≥9.6	≥6.4	3～4

A．向该溶液中加少量铁粉不能观察到红色固体析出
B．该溶液中c（SO₄^2-）：[c（Cu²⁺）+c（Fe²⁺）+c（Fe³⁺）]＞5：4
C．向该溶液中加入适量氯水，并调节pH值到3～4后过滤，可得到纯净的CuSO₄溶液
D．向该混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，最先看到红褐色沉淀．

Answer 1

考点：电解原理,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）铁失去电子，在碱性溶液中生成高铁酸根离子，同时有水生成；
（2）此反应为氧化还原反应，反应物中既有氧化剂又有还原剂，依据化合价升降相等配平即可；
（3）依据热化学方程式计算，反应焓变；依据计算得到浓度商和该温度下平衡常数比较判断反应进行方向，依据平衡常数计算生成二氧化碳，结合反应速率概念计算二氧化碳的化学反应速率；欲提高上述反应中CO的平衡转化率，需要反应正向进行；
（4）A．因为Fe³⁺的氧化性强于Cu²⁺，所以投入少量铁粉，先发生的反应是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
B．Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺发生水解，因此它们的物质的量会减少；
C．溶液中混有CuCl₂；
D．根据Ksp的大小判断溶解性．

解答： 解：（1）铁失去电子，在碱性溶液中生成高铁酸根离子，同时有水生成，阳极的电极反应式为Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe-6e^-+8OH^-═FeO₄^2-+4H₂O；
（2）FeSO₄→Fe（OH）SO₄ ，Fe由+2变为+3，故FeSO₄为还原剂，NaNO₂→NO，N由+3变为+2，故NaNO₂为氧化剂，稀硫酸既不做氧化剂也不做还原剂．FeSO₄→Fe（OH）SO₄ 和NaNO₂→NO化合价升降相等，故FeSO₄和NaNO₂化学计量数相等，依据原子守恒配平可得：2FeSO₄+2NaNO₂+H₂SO₄=2Fe（OH）SO₄+Na₂SO₄+2NO↑
故答案为：2FeSO₄+2NaNO₂+H₂SO₄=2Fe（OH）SO₄+Na₂SO₄+2NO↑；
（3）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol
依据盖斯定律①×

1

3

-②得到高炉炼铁过程中发生的主要反应为：

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）△H=-9.5 kJ/mol，则a=-9.5kJ/mol
在一个容积为：10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，Q=

1mol 10L

1mol 10L

=1＜K=4，说明费用正向进行，v_正＞v_逆；
设反应一氧化碳物质的量为x
                 

1

3

Fe₂O₃（s）+CO（g）?

2

3

 Fe（s）+CO₂（g）
起始量 （mol）                1                  1
变化量（mol）                 x                  x
平衡量（mol）                1-x                1+x

1+x

1-x

=4
x=0.6
经过l0min，在1000℃达到平衡，则该时间范围内反应的平均反应速率v（CO₂）=

0.6mol 10L

10min

=0.006mol/L?min；
欲提高上述反应中CO的平衡转化率，应使平衡正向进行；
A．反应是放热反应，提高反应温度，平衡逆向进行，一氧化碳转化率减小，故A不符合；
B．移出部分CO₂  平衡正向进行，一氧化碳转化率增大，故B符合；
C．加入合适的催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，一氧化碳转化率不变，故C不符合；
D．反应前后气体体积不变，减小容器的容积增大压强，平衡不变，一氧化碳转化率不变，故D不符合；
故选B．
（4）A．因为Fe³⁺的氧化性强于Cu²⁺，所以投入少量铁粉，先发生的反应是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，不能观察到红色固体析出，故A正确；
B．因为Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺对应的碱全是弱碱，所以这三种离子在溶液中都会发生水解，因此它们的物质的量会减少，故B正确；
C．加入氯水，可以把亚铁离子全氧化成三价，但它的还原产物Cl^-肯定还在溶液中，而且在调节pH时加入的试剂也会在溶液中有所保留，所以得到的溶液中不可能只含CuSO₄一种溶质，故C错误；
D．从表格中可以看出，Fe（OH）₃的Ksp是最小的，所以它最先出现沉淀，故D正确；
故选C．

点评：本题考查了电解原理，化学平衡影响因素，平衡常数、反应速率概念分析应用，热化学方程式和盖斯定律计算，沉淀溶解平衡的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．