Question

3．瑞典皇家科學院宣布，將2007年諾貝爾化學獎授予德國馬普學會弗里茨-哈伯（Fritz-Haber）研究所的格哈德•埃特爾（Gerhard Ertl）教授，以表彰他在固體表面化學過程研究領域作出的開拓性成就．合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃．
（1）某FeO、Fe₂O₃混合物中，鐵、氧的物質(zhì)的量之比為4：5，其中Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比為1：1．
（2）當催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比為1：2時，其催化活性最高，此時鐵的氧化物混合物中鐵的質(zhì)量分數(shù)為0.724（用小數(shù)表示）．
（3）以Fe₂O₃為原料制備上述催化劑，可向其中加入適量碳粉，發(fā)生如下反應：2Fe₂O₃+C═4FeO+CO₂↑，為制得這種催化活性最高的催化劑，應向480g Fe₂O₃粉末中加入碳粉的質(zhì)量為6 g．

Answer 1

分析 （1）設FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)鐵、氧的物質(zhì)的量之比計算出FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比，進而確定Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比；
（2）設Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，計算氧原子物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算氧元素質(zhì)量，進而計算氧化物中Fe元素質(zhì)量分數(shù)；
（3）催化活性最高的催化劑，由（2）可知催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算Fe₂O₃的物質(zhì)的量，進而計算催化劑中FeO的物質(zhì)的量，結(jié)合方程式計算需要碳粉的質(zhì)量．

解答 解：（1）設FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則（x+2y）mol：（x+3y）mol=4：5，整理可得x：y=2：1，則Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比為x：2y=1：1，
故答案為：1：1；
（2）設Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，則氧原子物質(zhì)的量為1mol+3mol=4mol，故氧化物中Fe元素質(zhì)量分數(shù)為$\frac{3mol×56g/mol}{3mol×56g/mol+4mol×16g/mol}$=0.724，故答案為：0.724；
（3）催化活性最高的催化劑，由（2）可知催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺物質(zhì)的量之比為1：2，F(xiàn)e₂O₃的物質(zhì)的量為$\frac{480g}{160g/mol}$=3mol，故催化劑中FeO的物質(zhì)的量3mol×2×$\frac{1}{3}$=2mol，由方程式可知需要碳粉質(zhì)量為2mol×$\frac{1}{4}$×12g/mol=6g，故答案為：6．

點評 本題考查混合物有關計算，涉及物質(zhì)的量計算，側(cè)重考查學生分析計算能力，難度不大．