Question

【題目】 合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α—Fe催化劑的主要成分為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Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量之比為________。

(2)當催化劑中Fe2+與Fe3+的物質(zhì)的量之比為1:2時，其催化劑活性最高，此時混合物中鐵的質(zhì)量分數(shù)為__________________(保留兩位小數(shù))。

(3)寫出由C(炭粉)與Fe2O3在高溫下反應制備α—Fe催化劑的化學方程式(另一種產(chǎn)物可溶于水)：________________。

(4)為制得這種活性最高的催化劑，理論上應向480gFe2O3粉末加入炭粉的質(zhì)量是______g。

Answer 1

【答案】1：1 0.72 2Fe2O3+C4FeO+CO2↑ 6g

【解析】

(1)設FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)鐵、氧的物質(zhì)的量之比計算出FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量之比，進而確定Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量之比；

(2)設Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，計算氧原子物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計算氧元素質(zhì)量，進而計算氧化物中Fe元素質(zhì)量分數(shù)；
(3)C(炭粉)會將一部分Fe2O3還原成FeO，同時C(炭粉)被氧化成CO2，據(jù)此書寫化學方程式；

(4)催化活性最高的催化劑，由(2)可知催化劑中Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量之比為1：2，根據(jù)n=計算Fe2O3的物質(zhì)的量，進而計算催化劑中FeO的物質(zhì)的量，結合方程式計算需要碳粉的質(zhì)量。

(1)設FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則（x+2y）mol：（x+3y）mol=4：5，整理可得x：y=2：1，則Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量之比為x：2y=1：1；

(2)設Fe2+與Fe3+物質(zhì)的量分別為1mol、2mol，則氧原子物質(zhì)的量為1mol+3mol=4mol，故氧化物中Fe元素質(zhì)量分數(shù)為=0.724≈0.72；

(3)由題給信息知，C（炭粉）會將一部分Fe2O3還原成FeO，同時C（炭粉）被氧化成CO2，故答案為：2Fe2O3+C4FeO+CO2↑；

(4)由于催化劑中Fe2+與Fe3+的物質(zhì)的量之比為1：2時，其催化劑活性最高，此時反應后的混合物中，FeO、Fe2O3的物質(zhì)的量之比為1：1，原料480g Fe2O3為3mol，Fe2O3～2FeO，原料中必須有的Fe2O3參加反應，即1mol Fe2O3參加反應，理論上要有0.5mol炭粉反應，即6g炭粉。