Question

4．合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的成分為FeO、Fe₂O₃．
（1）某FeO、Fe₂O₃混合物中，鐵、氧的物質(zhì)的量之比為4：5，其中二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為1：1．
（2）當(dāng)催化劑中二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化活性最高，此時(shí)該催化劑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.072（用小數(shù)表示，精確到0.01）．
（3）以Fe₂O₃為原料制備上述催化劑，可向其中加入適量炭粉，發(fā)生反應(yīng)：2Fe₂O₃+C$\stackrel{高溫}{→}$4FeO+CO₂↑．為制得這種活性最高的催化劑，應(yīng)向320g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質(zhì)量為4g，生成實(shí)驗(yàn)條件下CO₂的體積為8L（假設(shè)此實(shí)驗(yàn)條件下，氣體摩爾體積為24L/mol）．

Answer 1

分析 （1）設(shè)出FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量，然后根據(jù)“鐵、氧的物質(zhì)的量之比為4：5”列式計(jì)算出二者的物質(zhì)的量之比，然后計(jì)算出二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比；
（2）根據(jù)“二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為1：2”計(jì)算出FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量物質(zhì)的量之比，然后計(jì)算出該催化劑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算320g Fe₂O₃ 的物質(zhì)的量，再根據(jù)當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化劑活性最高，計(jì)算FeO 的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式 計(jì)算碳的物質(zhì)的量、生成二氧化碳的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算碳粉質(zhì)量，根據(jù)V=nV_m計(jì)算二氧化碳體積．

解答 解：（1）設(shè)FeO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量分別為x、y，鐵、氧的物質(zhì)的量之比為4：5，則（x+2y）：（x+3y）=4：5，整理可得x：y=2：1，則二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為（2×1）：（1×2）=1：1，
故答案為：1：1；
（2）當(dāng)催化劑中二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，F(xiàn)eO、Fe₂O₃的物質(zhì)的量物質(zhì)的量之比=1：（2×$\frac{1}{2}$）=1：1，則該催化劑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{56×（1+2）}{72+160}$≈0.072，
故答案為：0.72；
（3）320g Fe₂O₃ 的物質(zhì)的量為：$\frac{320g}{160g/mol}$=2mol，根據(jù)當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化劑活性最高，則FeO為2mol×2×$\frac{1}{3}$=$\frac{4}{3}$mol，
2Fe₂O₃+C$\stackrel{高溫}{→}$4FeO+CO₂↑
            1         4         1
       n（C）    $\frac{4}{3}$mol  n（CO₂）
n（C）=n（CO₂）=$\frac{\frac{4}{3}mol×1}{4}$=$\frac{1}{3}$mol，
故m（C）=$\frac{1}{3}$mol×12g/mol=4g，
該條件下V（CO₂）=$\frac{1}{3}$mol×24gL/mol=8L
故答案為：4；8L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的量的計(jì)算、混合物計(jì)算，屬于拼合型題目，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題的能力，注意掌握物質(zhì)的量與氣體摩爾體積、摩爾質(zhì)量等之間的關(guān)系．