Question

7．研究鐵及其化合物對生產生活具有重要的意義．
（1）已知25℃，101kPa時：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應生成Fe₂O₃的熱化學方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．
（2）一定條件下鐵可以和CO₂發生反應：Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），已知該反應的平衡常數（K）與溫度（T）的關系如圖甲所示：

①該反應△H＞0（填“＜”或“＞”）．
②下列措施中能使平衡時c（CO）/c（CO₂）增大的是A（填序號）．
A．升高溫度        B．增大壓強       C．充入一定量CO      D．再加入一些鐵粉
③一定溫度下，向某密閉容器中加入足量鐵粉并充入一定量的CO₂氣體，反應過程中CO₂氣體和CO氣體的濃度與時間的關系如圖乙所示，8分鐘內，CO的平均反應速率v（CO）=0.0625mol/（L•min）．計算該反應的平衡常數K=2.5．
（3）鐵的重要化合物高鐵酸鈉是一種飲用水消毒劑，具有氧化能力強、安全性好等優點．
①高鐵酸鈉生產方法之一是電解法，其原理為Fe+2NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂FeO₄+3H₂↑，則電解時陽極的電極反應式是Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．
②高鐵酸鈉生產方法之二是在強堿性介質中用NaClO氧化Fe（OH）₃生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，該反應的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

Answer 1

分析 （1）發生反應：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減，構造目標熱化學方程式；
（2）①圖象甲中平衡常數曲線隨溫度升高增大，說明正反應為吸熱反應，逆向為放熱反應；
②當能使平衡時c（CO）/c（CO₂）增大，則平衡正向移動；
③Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           0.7                0
變化量           0.5               0.5
平衡量           0.2                0.5
結合速率計算及K表達式計算；
（3）①Fe+2NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂FeO₄+3H₂↑，陽極上Fe失去電子；
②在強堿性介質中用NaClO氧化Fe（OH）₃生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，只有鈉離子實際不參加反應．

解答 解：（1）發生反應：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據蓋斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應熱化學方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（2）①圖象甲中平衡常數曲線隨溫度升高而增大，說明正反應為吸熱反應，△H＞0，故答案為：＞；
②Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），反應前后是氣體體積不變的吸熱反應，
A．升高溫度，平衡正向移動，則c（CO）/c（CO₂）增大，故A正確；        
B．增大壓強，平衡不移動，c（CO）/c（CO₂）不變，故B錯誤；       
C．充入一定量CO，平衡時c（CO）/c（CO₂）不變，故C錯誤；      
D．再加入一些鐵粉，平衡不移動，c（CO）/c（CO₂）不變，故D錯誤；
故答案為：A；
③Fe（s）+CO₂（g）?FeO（s）+CO（g），
起始量           0.7                0
變化量           0.5               0.5
平衡量           0.2                0.5
8分鐘內，CO的平均反應速率v（CO）=$\frac{0.5mol/L}{8min}$=0.0625mol/（L•min），
K=$\frac{0.5}{0.2}$=2.5，
故答案為：0.0625mol/（L•min）；2.5；
（3）①Fe+2NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂FeO₄+3H₂↑，陽極上Fe失去電子，陽極反應為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；      
②在強堿性介質中用NaClO氧化Fe（OH）₃生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，離子反應為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡常數及計算、電解原理應用等，為高考常見題型，把握物質的性質及反應原理為解答的關鍵，側重分析與應用能力的考查，題目難度不大．