Question

氧化鐵在工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用。
I．據(jù)報(bào)道，一定條件下利用FeO₂與甲烷反應(yīng)可制取“納米級”的金屬鐵。其反應(yīng)如下：
Fe₂O₃(s)＋3CH₄(g)＝2Fe(s)＋3CO(g)＋6H₂(g) △H＞0
（1）若反應(yīng)在2L的密閉容器中進(jìn)行，5min后達(dá)到平衡，測得反應(yīng)生成Fe的質(zhì)量為l.12g。則該段時(shí)間內(nèi)CH₄的平均反應(yīng)速率為 ________________。
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，僅改變某一相關(guān)元素，下列說法正確的是___(選填序號)。
a．若加入催化劑，v_正增大，平衡向右移動
b．若溫度升高，平衡常數(shù)K減小
c．若增大Fe₂O₃的量，平衡向右移動
d．若從反應(yīng)體系中移走部分CO，可提高CH₄的轉(zhuǎn)化率
Ⅱ．工業(yè)上利用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂等)為原料提取Fe₂O₃，工藝
流程如下：試回答下列問題：
 
（3）步驟i燒渣中A1₂O₃溶解的離子方程式為________________。
（4）步驟i、ⅱ、ⅲ都要進(jìn)行的操作名稱是__________________。
（5）結(jié)合下圖，判斷步驟ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH不高于_________________。

（6）已知

計(jì)算反應(yīng)Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常數(shù)為_______。
（7）在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵的化學(xué)方程式為____________。
（8）結(jié)合所學(xué)化學(xué)知識，請你設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室里從上述的硫鐵礦燒渣中提取氧化鐵的另一種簡單方案。

Answer 1

（1）0.003mol/(L·min)沒有單位扣1分）
（2）d
（3）Al₂O₃＋6H^＋＝2Al^3＋＋3H₂O
（4）過濾
（5）7
（6）4.06×10⁶或4．1×10⁶
（7）4FeCO₃＋O₂2Fe₂O₃＋4CO₂
（8）取少量硫鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液，攪拌、過濾、洗滌、烘干（答案合理即可得分）

解析試題分析：I．（1）5min后達(dá)到平衡，測得反應(yīng)生成Fe的質(zhì)量為l.12g，物質(zhì)的量是1.12g÷56g/mol＝0.02mol。因此根據(jù)方程式可知消耗甲烷的物質(zhì)的量是0.03mol，其濃度是0.015mol/L，所以用甲烷表示的反應(yīng)速率是0.015mol/L÷5min＝0.003mol/(L·min)。
（2）a．加入催化劑，正逆反應(yīng)速率均增大，平衡不移動，a不正確；b．正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此若溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向移動，所以平衡常數(shù)K增大，b不正確；c．氧化鐵是固體，因此若增大Fe₂O₃的量，平衡不移動，c不正確；d．若從反應(yīng)體系中移走部分CO，降低生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，因此可提高CH₄的轉(zhuǎn)化率，d正確，答案選d。
Ⅱ．（3）A1₂O₃溶解在稀硫酸中反應(yīng)的離子方程式為Al₂O₃＋6H^＋＝2Al^3＋＋3H₂O。
（4）步驟i、ⅱ、ⅲ中都產(chǎn)生不溶性固體，因此都要進(jìn)行的操作名稱是過濾。
（5）根據(jù)圖像可知，亞鐵離子開始沉淀時(shí)的pH值是7，所以要得到碳酸亞鐵，則溶液的pH不能高于7，因此步驟ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH不高于7。
（6）反應(yīng)Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常數(shù)K＝＝＝＝＝4.06×10⁶。
（7）根據(jù)原子守恒可知，在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵的同時(shí)還有CO₂生成，因此反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeCO₃＋O₂2Fe₂O₃＋4CO₂。
（8）由于氧化鋁與二氧化硅均能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，而氧化鐵與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，因此要提取氧化鐵的實(shí)驗(yàn)方案可設(shè)計(jì)為取少量硫鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液，攪拌、過濾、洗滌、烘干。
考點(diǎn)：考查反應(yīng)速率計(jì)算、外界條件對平衡狀態(tài)和反應(yīng)速率的影響；方程式書寫、物質(zhì)的分離與提純、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算