Question

16．從古至今，鐵及其化合物在人類生產(chǎn)生活中的作用發(fā)生了巨大變化．
（1）古代中國四大發(fā)明之一的司南是由天然磁石制成的，其主要成分是c（填字母
序號）．
a．Fe         b．FeO       c．Fe₃O₄       d．Fe₂O₃
（2）現(xiàn)代利用鐵的氧化物循環(huán)裂解水制氫氣的過程如圖1所示．整個過程與溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，F(xiàn)e₃O₄（s）和CO（g）反應(yīng)得到的產(chǎn)物是Fe（s）和CO₂（g），阻礙循環(huán)反應(yīng)的進(jìn)行．

①已知：Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫氣總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5kJ•mol^-1 ．
②如圖2表示其他條件一定時(shí)，F(xiàn)e₃O₄（s）和CO（g）反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)CO（g）的體積百分含量隨溫度的變化關(guān)系．
i．反應(yīng)Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”），理
由是當(dāng)其他條件一定時(shí)，溫度升高，CO的體積百分含量增大，可逆反應(yīng)Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g）逆向移動，故△H＜0．
ii．隨溫度升高，反應(yīng)Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡常數(shù)的變化趨勢是增大；1040℃時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值是4．
（3）①古老而神奇的藍(lán)色染料普魯士藍(lán)的合成方法如下：

復(fù)分解反應(yīng)ii的離子方程式是3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓．
②如今基于普魯士藍(lán)合成原理可檢測食品中CN^-，方案如下：
食品待測液$→_{加熱煮沸}^{10%H_{2}SO_{4}}$HCN（氣體）$\stackrel{FeSO_{4}堿性試紙}{→}$試紙變藍(lán)
若試紙變藍(lán)則證明食品中含有CN^-，請解釋檢測時(shí)試紙中FeSO₄的作用堿性條件下，F(xiàn)e²⁺與CN^-結(jié)合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空氣中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4-與Fe³⁺反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色．

Answer 1

分析 （1）天然磁石成分為四氧化三鐵；
（2）①Ⅰ．Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
Ⅱ.3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
Ⅲ．C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫氣總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②i．圖象分析可知，隨溫度升高CO體積分?jǐn)?shù)增大，說明達(dá)到平衡狀態(tài)后，升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
ii．高于570°C，隨溫度升高，反應(yīng)Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)的變化趨勢增大，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算得到平衡濃度，平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡難度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡難度冪次方乘積}$；
（3）①[Fe（CN）₆]^4-和Fe³⁺反應(yīng)生成Fe₄[Fe（CN）₆]₃藍(lán)色沉淀；
②若試紙變藍(lán)則證明食品中含有CN^-，F(xiàn)e²⁺與CN^-結(jié)合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空氣中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 與Fe³⁺反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色．

解答 解：（1）古代中國四大發(fā)明之一的司南是由天然磁石制成的，磁鐵成分主要是四氧化三鐵，選c，
故答案為：c；
（2）①Ⅰ．Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H₁═+19.3kJ•mol^-1
Ⅱ.3FeO（s）+H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+H₂（g）△H₂═-57.2kJ•mol^-1
Ⅲ．C（s）+CO₂（g）?2CO（g）△H₃═+172.4kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到鐵氧化物循環(huán)裂解水制氫氣總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5 kJ•mol^-1 ，
故答案為：C（s）+H₂O（g）═H₂（g）+CO（g）△H═+134.5 kJ•mol^-1 ；
②i．當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，F(xiàn)e₃O₄（s）和CO（g）反應(yīng)得到的產(chǎn)物是Fe（s）和CO₂（g），阻礙循環(huán)反應(yīng)的進(jìn)行，圖象分析可知，隨溫度升高CO體積分?jǐn)?shù)增大，說明達(dá)到平衡狀態(tài)后，升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＜；當(dāng)其他條件一定時(shí)，溫度升高，CO的體積百分含量增大，可逆反應(yīng)Fe₃O₄（s）+4CO（g）?3Fe（s）+4CO₂（g） 逆向移動，故△H＜0；
ii．高于570°C，隨溫度升高，反應(yīng)Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)的變化趨勢增大，1040℃時(shí)CO體積分?jǐn)?shù)為20%，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算得到平衡濃度，設(shè)起始濃度CO為1mol/L，消耗CO濃度為x
         Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）
起始量（mol/L）     1                 0
變化量（mol/L）     x                  x
平衡量（mol/L）   1-x                  x
$\frac{1-x}{1}$=20%
x=0.8mol/L
K=$\frac{0.8}{1-0.8}$=4，
故答案為：增大； 4；
（3）①[Fe（CN）₆]^4-和Fe³⁺反應(yīng)生成Fe₄[Fe（CN）₆]₃藍(lán)色沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓，
故答案為：3[Fe（CN）₆]^4-+4Fe³⁺═Fe₄[Fe（CN）₆]₃↓；
②基于普魯士藍(lán)合成原理可檢測食品中CN^-，堿性條件下，F(xiàn)e²⁺與CN^-結(jié)合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空氣中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 與Fe³⁺反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色，
故答案為：堿性條件下，F(xiàn)e²⁺與CN^-結(jié)合生成[Fe（CN）₆]^4-；Fe²⁺被空氣中O₂氧化生成Fe³⁺；[Fe（CN）₆]^4- 與Fe³⁺反應(yīng)生成普魯士藍(lán)使試紙顯藍(lán)色．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)、熱化學(xué)方程式書寫、離子檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分析判斷、化學(xué)平衡計(jì)算等知識點(diǎn)，注意題干信息的理解應(yīng)用，題目難度中等．