Question

【題目】鐵及其化合物有著廣泛的用途。請(qǐng)回答：

（1）高爐煉鐵是目前普遍采用的冶煉鐵的方法。已知：

FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H=a kJ·mol-1

Fe2O3(s)+CO(g)2FeO(s)+CO2 △H=b kJ·mol-1

工業(yè)上用鐵紅冶煉鐵的熱化學(xué)方程式為_________________________________。

（2）Fe(NO3)3溶液可用于刻蝕銀器，該過(guò)程中存在Fe2+和Fe3+之間的轉(zhuǎn)化。

①該反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。

②T ℃時(shí)，向0.5mol·L-1 Fe(NO3)3溶液中加入足量Ag，溶液中c(Ag+)與反應(yīng)時(shí)間（t）的關(guān)系如圖1所示（溶液體積變化忽略不計(jì)）。

t1時(shí)，溶液中c(Fe3+)=__________；t1、t2時(shí)，逆反應(yīng)速率v逆1______v逆2（填“＞”“＜”或“=”）理由為_________________________________。

③T ℃時(shí)，將體積均為100 mL的0.5mol·L-1 Fe(NO3)3溶液、0.4mol·L-1 Fe(NO3)2溶液、0.6mol·L-1 AgN03溶液混合后，再加入6.0g Ag，一段時(shí)間后，Ag的質(zhì)量________(填“增大”“減小”或“不變”)。

④實(shí)驗(yàn)表明，相同條件下，FeCl3溶液比Fe(NO3)3溶液更容易刻蝕銀，理由為__________。

（3）Na2FeO4是重要的水處理劑，在強(qiáng)堿性介質(zhì)中穩(wěn)定，可用圖2所示裝置制備。已知：電解時(shí)，堿的濃度過(guò)高，陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生紅色物質(zhì)。

①電解時(shí)，陰極附近溶液的堿性__________(填“增大”“減小”或“不變”)。

②電解時(shí)，Na2FeO4的產(chǎn)率與起始加入的c(NaOH)的關(guān)系如圖3所示。c(NaOH)=c1 mol·L-1時(shí)，Na2FeO4產(chǎn)率最大的原因?yàn)?/span>_________________________________。

Answer 1

【答案】 Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=(2a+b) kJ·mol-1 Fe3++AgFe2++Ag+ 0.25mol·L-1 ＜ t2時(shí)c(Ag+)更大，逆反應(yīng)速率加快 減小 Ag+ 與Cl- 生成AgCl沉淀，c(Ag+)減小，Fe3++AgFe2++Ag+ 平衡正向移動(dòng) 增大 c(NaOH)＜c1 mol·L-1時(shí)，Na2FeO4穩(wěn)定性差且反應(yīng)慢；c(NaOH)＞c1 mol·L-1時(shí)，有副反應(yīng)發(fā)生

【解析】（1）①FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H=a kJ·mol-1，②Fe2O3(s)+CO(g)2FeO(s)+CO2 △H=b kJ·mol-1，由蓋斯定律，①×2+②，得工業(yè)上用鐵紅冶煉鐵的熱化學(xué)方程式為Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g) △H=(2a+b) kJ·mol-1 。（2）Fe(NO3)3溶液可用于刻蝕銀器，該過(guò)程中存在Fe2+和Fe3+之間的轉(zhuǎn)化，Fe3+將銀氧化。①該反應(yīng)的離子方程式為Fe3++AgFe2++Ag+ 。②t1時(shí)，銀離子濃度0.25mol·L-1 ，反應(yīng)的鐵離子為0.25mol·L-1 ，溶液中c(Fe3+)=0.25mol·L-1；t1、t2時(shí)，逆反應(yīng)速率v逆1＜v逆2，理由為t2時(shí)c(Ag+)更大，逆反應(yīng)速率加快。③由②平衡時(shí)銀離子濃度0.3mol·L-1 ，反應(yīng)的鐵離子為0.3mol·L-1 ，溶液中c(Fe3+)=0.2mol·L-1；平衡常數(shù)K=0.32/0.2=0.45，現(xiàn)T ℃時(shí)，將體積均為100 mL的0.5mol·L-1 Fe(NO3)3溶液、0.4mol·L-1 Fe(NO3)2溶液、0.6mol·L-1 AgN03溶液混合后，Qc= =0.16<k,平衡正向移動(dòng)，再加入6.0g Ag，一段時(shí)間后，Ag的質(zhì)量減小。④實(shí)驗(yàn)表明，相同條件下，FeCl3溶液比Fe(NO3)3溶液更容易刻蝕銀，因?yàn)槿芤旱慕M成不同，Ag+ 與Cl- 生成AgCl沉淀，c(Ag+)減小，Fe3++AgFe2++Ag+ 平衡正向移動(dòng)。（3）①陽(yáng)極是Fe失去電子，堿性條件下生成FeO42－，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：Fe-6e－+8OH－=FeO42－+4H2O，陰極：2H2O＋2e－=2OH－＋H2，陰極室得到A溶液為NaOH溶液，可以循環(huán)利用，電解時(shí)，陰極附近溶液的堿性增大。②電解時(shí)，Na2FeO4的產(chǎn)率與起始加入的c(NaOH)的關(guān)系如圖3所示。c(NaOH)=c1 mol·L-1時(shí)，Na2FeO4產(chǎn)率最大的原因?yàn)椋?/span>c(NaOH)＜c1 mol·L-1時(shí)，Na2FeO4穩(wěn)定性差且反應(yīng)慢；c(NaOH)＞c1 mol·L-1時(shí)，有副反應(yīng)發(fā)生。

點(diǎn)晴：難點(diǎn)（2）③判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，用溶液的濃度商與K值進(jìn)行比較，要通過(guò)讀圖求出K，易錯(cuò)點(diǎn)，求Qc，將體積均為100 mL的0.5mol·L-1 Fe(NO3)3溶液、0.4mol·L-1 Fe(NO3)2溶液、0.6mol·L-1 AgN03溶液混合后，Qc= =0.16<K，計(jì)算式中的溶液的體積為原來(lái)的三分之一，易被忽略，0.6×0.4/0.5=0.45>k,導(dǎo)致錯(cuò)誤。