Question

【題目】鐵是一種在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用廣泛的金屬元素。己知：

反應(yīng)Ⅰ：Fe2O3(s)+ 3H2(g)=2Fe(s)+3H2O(g) ΔH1= +89 .6kJ /mol

反應(yīng)Ⅱ：4Fe2O3(s)+Fe(s)=3Fe3O4(s) ΔH2=+2833.4kJ/mol

反應(yīng)Ⅲ：Fe(s)+2HCl(g)FeCl2(l)+H2(g) ΔH3

（1）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K=______________，該反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，最易生成的副產(chǎn)物是________________ （填化學(xué)式）。

（2）溫度為T1時，恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，反應(yīng)時間與體系壓強關(guān)系如圖a所示，體系溫度與HCl轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖b所示。

①分析圖a，容器內(nèi)通入少量水蒸氣的作用是___________________。

②分析圖b，ΔH3________0（填“>”、“<”或“=”），結(jié)合圖a分析，T1=___________℃。

③分析圖b，高于500℃后，曲線n發(fā)生的副反應(yīng)熱化學(xué)方程式為________________________________， 曲線n中HCl轉(zhuǎn)化率明顯降低的原因是____________________________________。

（3）①CaFeO4可制作半導(dǎo)體材料，向1L的高鐵酸鈉(Na2FeO4)溶液中加入0.0056g生石灰開始生成CaFeO4沉淀，原高鐵酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為________mol/L。已知Ksp(CaFeO4)=4.54×10-9，溶液體積變化忽略不計。

②用K2FeO4代替MnO2制備的堿性干電池(KOH做電解液)具有能量密度大、壽命長、無污染等優(yōu)點，正極反應(yīng)生成Fe2O3，寫出正極的電極反應(yīng)式______________________________。

Answer 1

【答案】 Fe3O4 催化劑 < 400 3Fe(s)+4H2O(g)= Fe3O4(s)+4H2(g) ΔH=+825.0 kJ/mol 副反應(yīng)產(chǎn)生的H2使反應(yīng)Ⅲ平衡左移，HCl(g)轉(zhuǎn)化率下降 4.54×10-5 2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-

【解析】本題以鐵為載體考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及到的考點有平衡常數(shù)表達(dá)式、圖像、Ksp的計算、電極反應(yīng)式的書寫等。（1）反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達(dá)式K=；高溫下反應(yīng)時，生成的Fe與水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4，該反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，最易生成的副產(chǎn)物是Fe3O4；（2）①由圖像a可知，加入少量水蒸氣與未加入水蒸氣相比，加入少量水蒸氣時，反應(yīng)III達(dá)到平衡時間短，故容器內(nèi)通入少量水蒸氣的作用是催化劑；②圖b中隨著溫度升高，HCl的轉(zhuǎn)化率減小，即升高溫度，平衡向逆向移動，故ΔH3<0；分析圖a可知，反應(yīng)前的壓強為4atm，平衡后的壓強為2.4atm。設(shè)HCl的起始量為amol，則有：

　　　　　　 Fe(s)+2HCl(g)FeCl2(l)+H2(g)

起始量/mol a 0

變化量/mol 2x x

平衡量/mol a-2x x

，則，得x=0.4a，HCl的轉(zhuǎn)化率為：，結(jié)合圖像b可知，此時溫度為400℃；③根據(jù)圖像b可知，溫度高于500℃后，含有水蒸氣的曲線n，HCl的轉(zhuǎn)化率急劇降低，說明平衡向逆向反應(yīng)，副反應(yīng)產(chǎn)生氫氣使平衡向逆向移動，HCl的轉(zhuǎn)化率降低，故曲線n發(fā)生的副反應(yīng)為鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，將(反應(yīng)II-反應(yīng)I×4)÷3得曲線n發(fā)生的副反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：3Fe(s)+4H2O(g)= Fe3O4(s)+4H2(g) ΔH=+825.0 kJ/mol；（3）①0.0056g生石灰加入1L高鐵酸鈉(Na2FeO4)溶液中，其c(Ca2+)=1×10-4mol/L，結(jié)合Ksp(CaFeO4)=4.54×10-9，得原高鐵酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為4.54×10-5mol/L；②根據(jù)題意可知，正極上發(fā)生反應(yīng)的離子FeO42-還原為Fe2O3，結(jié)合溶液呈堿性可得電極反應(yīng)式為：2FeO42-+6e-+5H2O=Fe2O3+10OH-。