Question

5．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．
Ⅰ．已知25℃，101kPa時：4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
2FeCO₃（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ•mol^-1
（1）請寫出FeCO₃在空氣中煅燒生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ•mol^-1．
Ⅱ．生成的FeO和Fe₂O₃在一定條件下被還原為金屬鐵．
（2）據(jù)報道，一定條件下Fe₂O₃可被甲烷還原為“納米級”的金屬鐵．其反應(yīng)為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①原子序數(shù)為26的鐵元素位于元素周期表的第四周期．
②反應(yīng)在5L的密閉容器中進行，2min后達到平衡，測得Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少4.8g．則該段時間內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為0.018mol•（L•min）^-1．
③將固定質(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)達到平衡狀態(tài)的是bcd．
a．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率                          b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
c．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2                         d．固體的總質(zhì)量不變
（3）FeO可用CO進行還原，已知：t℃時，F(xiàn)eO（s）+CO（g）?Fe（s）+CO₂（g）     K=0.5
若在1L密閉容器中加入0.04mol FeO（s），并通入x molCO，t℃時反應(yīng)達到平衡．此時FeO（s）的轉(zhuǎn)化率為50%，則x=0.06．
Ⅲ．Fe₂O₃還可用來制備FeCl₃，F(xiàn)eCl₃在水溶液中的水解分三步：
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
（4）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．通過控制條件，以上水解產(chǎn)物聚合生成聚合物的離子方程式為：xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）（3x-y）+y+yH⁺
欲使平衡正向移動可采用的方法是acd（填字母 ）．
a．  加水稀釋           b．加入少量NaCl固體       c． 升溫     d．加入少量Na₂CO₃固體．

Answer 1

分析 I．（1）已知①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1，
③2FeCO₃（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，③×2+①+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H；
II．（2）①原子序數(shù)19～36位于元素周期表的第四周期；
②△n（H₂）=6×△（Fe₂O₃），代入v=$\frac{△n}{V•△t}$計算；
③反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，當(dāng)變化的量不變時，達到化學(xué)平衡狀態(tài)，據(jù)此分析；
（3）參加反應(yīng)的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，據(jù)此計算x值；
III．（4）多元弱堿水解時，其第一步水解程度遠遠大于第二步，第二步水解程度遠遠大于第三步；
欲使平衡正向移動，可以采用加入和氫離子反應(yīng)的物質(zhì)、加水稀釋、升高溫度的方法．

解答 解：I．（1）已知①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1，
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1，
③2FeCO₃（s）═2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）△H=+1480kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，③×2+①+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=（+1480kJ•mol^-1）×2+（-1648kJ•mol^-1）+（-393kJ•mol^-1）×4=-260kJ•mol^-1，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ•mol^-1；
II．（2）①原子序數(shù)19～36位于元素周期表的第四周期，因此原子序數(shù)為26的鐵元素位于元素周期表的第四周期，
故答案為：四；
 ②△n（H₂）=6×△（Fe₂O₃）=6×$\frac{4.8g}{160g/mol}$=6×0.03mol=0.18mol，
v（H₂）=$\frac{△n}{V•△t}$=$\frac{0.18mol}{5L×2min}$=0.018mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.018mol•（L•min）^-1；
③a．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率，與是否達到平衡狀態(tài)無關(guān)，故a錯誤；
b．由M=$\frac{m}{n}$可知，M是一個變量，因此當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．v_正（CO）：v_逆（H₂）=1：2時，正、逆反應(yīng)速率相等，達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．該反應(yīng)涉及固體和氣體兩種狀態(tài)的物質(zhì)，固體的總質(zhì)量不變，說明達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bcd；
（3）參加反應(yīng)的n（FeO）=0.04mol×50%=0.02mol，參加反應(yīng)的n（CO）=n（CO₂）=n（FeO）=0.02mol，容器的體積為1L，則平衡時c（CO）=$\frac{x-0.02}{1}$mol/L、c（CO₂）=0.02mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.02}{x-0.02}$=0.5，x=0.06，
故答案為：0.06；
III．（4）多元弱堿水解時，因為每一步水解都生成氫離子，氫離子的存在抑制水解，所以其第一步水解程度遠遠大于第二步，第二步水解程度遠遠大于第三步，則存在K₁＞K₂＞K₃，
a．加水稀釋，促進水解，故正確；
b．加入少量NaCl固體，對反應(yīng)無影響，故b錯誤；
c． 水解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫，化學(xué)平衡正向移動，故c正確；
d．加入少量Na₂CO₃固體，降低了氫離子濃度，化學(xué)平衡正向移動，故d正確；
故答案為：K₁＞K₂＞K₃；acd．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、鹽類水解、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，只有反應(yīng)前后改變的物理量不變時可逆反應(yīng)就達到平衡狀態(tài)，會化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算，題目難度不大．