Question

12．中國是世界上第一鋼鐵生產(chǎn)大國，近兩年鋼鐵行業(yè)形式急轉(zhuǎn)直下，不少鋼鐵企業(yè)陷入全面虧損，2015年，鋼鐵年產(chǎn)量出現(xiàn)34年來的首次下降．原因就是因?yàn)楦郀t煉鐵技術(shù)低級(jí)落后，不能生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品．請根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答下列問題：
（1）地殼中含量最多的金屬元素的單質(zhì)與氧化鐵在高溫下發(fā)生反應(yīng)可用于焊接鋼軌，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（2）CO（g）+FeO（s）=CO₂（g）+Fe（s）△H=-218.03kJ•mol^-1
     3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ•mol^-1
     Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ•mol^-1
則反應(yīng)Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的△H=-24.8kJ•mol^-1．
（3）在T℃、2L恒容密閉容器甲和乙中，分別按下表所示加入物質(zhì)，反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡．

	Fe2O3	CO	Fe	CO2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

①反應(yīng)達(dá)到平衡后，再通入一定量的氬氣，則CO的轉(zhuǎn)化率將不變（填“增大”、“減小”、“不變”）；
②若甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，則T℃時(shí)，反應(yīng)Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的平衡常數(shù)K=64；
③下列說法正確的是B
A．若容器壓強(qiáng)恒定，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．若容器內(nèi)混合氣體密度恒定，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C．甲、乙容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率相等
D．增加Fe₂O₃粉末的物質(zhì)的量就能提高CO的轉(zhuǎn)化率
（4）鐵與金屬鎳在堿性條件下可形成二次電池，俗稱愛迪生蓄電池．利用愛迪生蓄電池可以制取少量高錳酸鉀（裝置如圖所示），此裝置中負(fù)極是a（填“a”或“b”），寫出陽極的電極反應(yīng)式Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.6mol．

Answer 1

分析 （1）地殼中含量最多的金屬元素是鋁元素，利用其單質(zhì)鋁與氧化鐵在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成鐵和氧化鋁來焊接鋼軌；
（2）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g）的△H；
（3）①在T℃時(shí)，恒容密閉容器，再通入一定量的N₂，雖然壓強(qiáng)增大了，但反應(yīng)物和生成物的濃度都沒有變化，所以平衡不移動(dòng)；
②若甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，則T℃時(shí)，依據(jù)平衡三段式結(jié)合平衡常數(shù)的表達(dá)式列式計(jì)算；
③A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，說明壓強(qiáng)也一直不變，若容器壓強(qiáng)恒定，不能標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．乙容器中一氧化碳增加，平衡雖然向正方向移動(dòng)，但由于只增加一氧化碳的量，所以一氧化碳的轉(zhuǎn)化率仍然變低，故甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率不等于乙的轉(zhuǎn)化率；
D．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率；
（4）放電時(shí)，鐵棒作負(fù)極，碳棒作正極，據(jù)此判斷a的電極；鐵失電子和氫氧根離子生成高鐵酸根離子和水；當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時(shí)，再根據(jù)陽極電極反應(yīng)式可知轉(zhuǎn)移電子為0.6mol．

解答 解：（1）鋁與氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌的化學(xué)方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃；
（2）①CO（g）+FeO（s）=CO₂（g）+Fe（s）△H=-218.03kJ•mol^-1
     ②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kJ•mol^-1
    ③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）△H=+640.5kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知①×2+②+③×$\frac{2}{3}$得反應(yīng)Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe （s）+3CO₂（g），△H=（-218.03kJ•mol^-1）×2+
（-47.2kJ•mol^-1）+（+640.5kJ•mol^-1）×$\frac{2}{3}$=-24.8kJ•mol^-1，故答案為：-24.8kJ•mol^-1；
（3）①在T℃時(shí)，恒容密閉容器，再通入一定量的N₂，雖然壓強(qiáng)增大了，但反應(yīng)物和生成物的濃度都沒有變化，所以平衡不移動(dòng)，所以CO的轉(zhuǎn)化率將不變，
故答案：不變；
②若甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，則T℃時(shí)，
            Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）
起始量（mol） 1         1         1         1
變化量（mol）           0.6                0.6
平衡量（mol）           0.4                1.6
K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$=$\frac{（1.6mol/L）^{3}}{（0.4mol/L）^{3}}$=64，
故答案為：64；
③A．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，說明壓強(qiáng)也一直不變，若容器壓強(qiáng)恒定，不能標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，體積不變，若容器內(nèi)氣體密度恒定時(shí)，標(biāo)志反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．乙容器中一氧化碳增加，平衡雖然向正方向移動(dòng)，但由于只增加一氧化碳的量，所以一氧化碳的轉(zhuǎn)化率仍然變低，故甲容器中CO的平衡轉(zhuǎn)化率不等于乙的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D．固體量增加不影響化學(xué)平衡，增加Fe₂O₃不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（4）放電時(shí)，鐵作負(fù)極，碳棒作正極，所以放電時(shí)a是負(fù)極，b是正極；陽極上鐵失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成高鐵酸根離子和水，離子方程式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；當(dāng)生成19.8g的K₂FeO₄即0.1mol時(shí)，再根據(jù)陽極電極反應(yīng)式可知轉(zhuǎn)移電子為0.6mol，
故答案為：a；Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；0.6mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡移動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)還以安迪生電池為載體考查了原電池原電池和電解池原理，難度不大，明確高鐵酸鈉能作為一種新型凈水劑的原理．