Question

10．碳酸亞鐵（FeCO₃）是菱鐵礦的主要成分．將 FeCO₃ 加熱到 200℃開始分解為 FeO 和CO₂，若在空氣中高溫煅燒 FeCO₃ 則生成 Fe₂O₃．一定條件下 Fe₂O₃ 可被甲烷還原為“納米級(jí)”的金屬鐵．其反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H=？
（1）反應(yīng)在 5L 的密閉容器中進(jìn)行，2min 后達(dá)到平衡，測(cè)得固體質(zhì)量減少 4.8g．同時(shí)測(cè)得反應(yīng)吸收熱量 28.8KJ，則該段時(shí)間內(nèi) H2 的平均反應(yīng)速率為0.06mol•（L•min）^-1．該反應(yīng)的△H=+288KJ/mol．
（2）將一定質(zhì)量的 Fe₂O₃（s）和 CH₄（g）置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應(yīng)，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是A C．
A、固體的總質(zhì)量不變                      B、v_正（CO）=2v_逆（H ₂）
C、混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變        D、CH₄ 的轉(zhuǎn)化率等于 CO 的產(chǎn)率
（3）已知：t℃時(shí)，F(xiàn)eO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）   K=0.5
若在 1L 密閉容器中加入 0.4mol FeO（s），并通入 x molCO，t℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡．此時(shí) FeO（s）的轉(zhuǎn)化率為 20%，則 x=0.24 mol．
（4）FeCl₃在溶液中分三步水解：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺   K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）${\;}_{2}^{+}$+H⁺ K₂
Fe（OH）${\;}_{2}^{+}$+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺ K₃
①以上水解反應(yīng)的平衡常數(shù) K₁、K₂、K₃由大到小的順序是K₁＞K₂＞K₃
②但中學(xué)化學(xué)通常要求書寫 Fe³⁺水解的離子方程式為Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺
（5）已知常溫下 Ksp[Fe（OH）₃]=2.7×10^-39，根據(jù)溶度積數(shù)據(jù)，請(qǐng)計(jì)算出氫氧化鐵固體與鹽酸反應(yīng)：Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O 的平衡常數(shù)為2.7×10³．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)方程式知，2min 后達(dá)到平衡，測(cè)得固體質(zhì)量減少 4.8g．
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），△m
160                                 112                           6                   48
                                                                   0.6mol               4.8g
反應(yīng)時(shí)有0.6mol氫氣生成，同時(shí)測(cè)得反應(yīng)吸收熱量 28.8KJ，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算該段時(shí)間內(nèi)氫氣平均反應(yīng)速率，計(jì)算得到反應(yīng)的焓變；
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，據(jù)此分析；
（3）結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，此時(shí) FeO（s）的轉(zhuǎn)化率為 20%，
                      FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）
起始量（mol）   0.4           x             0               0
變化量（mol）0.4×20%      0.08        0.08         0.08
平衡量（mol）0.4-0.08       x-008       0.08        0.08
K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$計(jì)算得到；
（4）①鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減小；
②鐵離子水解一步寫出，反應(yīng)生成氫氧化鐵和氫離子；
（5）Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O 的平衡常數(shù)K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp}{（K{w}^{3}）}$；

解答 解：（1）根據(jù)方程式知，2min 后達(dá)到平衡，測(cè)得固體質(zhì)量減少 4.8g．
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），△m
 160                               112                          6                  48
                                                                0.6mol               4.8g
根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，v（H₂）=$\frac{\frac{0.6mol}{5L}}{2min}$═0.06mol•（L•min）^-1，
0.66mol氫氣生成放熱28.8KJ，則生成6mol氫氣吸收熱量=288KJ，△H=+288KJ/mol，
故答案為：0.06mol•（L•min）^-1，△H=+288KJ/mol；
（2）A、固體的總質(zhì)量不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、速率之比等于醋酸計(jì)量數(shù)之比，2v_正（CO）=v_正（H ₂），當(dāng)2v_正（CO）=v_逆（H ₂）說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，但v_正（CO）=2v_逆（H ₂）不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C、反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量都不同，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、CH₄的轉(zhuǎn)化率與CO的產(chǎn)率與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：A C；
（3）結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，此時(shí) FeO（s）的轉(zhuǎn)化率為 20%，
                     FeO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）
起始量（mol） 0.4          x              0             0
變化量（mol）0.4×20%   0.08        0.08         0.08
平衡量（mol）0.4-0.08   x-008       0.08         0.08
固體不寫入破壞神表達(dá)式，K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{0.08}{x-0.08}$=0.5，
x=0.24，
故答案為：0.24；
（4）①鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數(shù)逐漸減小，則K₁＞K₂＞K₃；
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；
②鐵離子水解一步寫出，反應(yīng)生成氫氧化鐵和氫離子，書寫 Fe³⁺水解的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（5）已知常溫下 Ksp[Fe（OH）₃]=2.7×10^-39，根據(jù)溶度積數(shù)據(jù)，
Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O，反應(yīng) 的平衡常數(shù)K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{Ksp}{（K{w}^{3}）}$=$\frac{2.7×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-14}）^{3}}$=2.7×10³，
故答案為：2.7×10³；

點(diǎn)評(píng) 本題考查鐵的化合物性質(zhì)的應(yīng)用、溶度積常數(shù)計(jì)算、平衡常數(shù)影響因素和計(jì)算、平衡移動(dòng)影響因素等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用難度，題目難度中等．