Question

【題目】碳酸亞鐵（FeCO3）是菱鎂礦的主要成分，將FeCO3加熱到200℃開始分解為FeO和CO2，若在空氣中高溫煅燒FeCO3生成Fe2O3。

I．已知25℃，101kPa時：4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) △H=-1648kJ/mol

C(s)+ O2(g)=CO2(g) △H=-393 kJ/mol 2FeCO3(s)=2Fe(s)+ 3O2(g) △H=+148OkJ/mol

（1）請寫出FeCO3在空氣中煅燒生成Fe2O3的熱化學方程式_______。

Ⅱ．生成的FeO和Fe2O3在一定條件下被還原為金屬鐵。

（2）據報道一定條件下Fe2O3可被甲烷還原為“納米級”的金屬鐵。其反應為：

Fe2O3(s)+3CH4(g)=2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g) △H>0

① 原子序數為26的鐵元素位于元素周期表的第_______周期。

②反應在5L的密閉容器中進行，2min后達到平衡，測得Fe2O3在反應中質量消耗4.8g。則該段時間內用H2表達的平均反應速率為____________。

③將一定量的Fe2O3(s)和一定量的CH4(g)置于恒溫恒壓容器中，在一定條件下反應，能表明該反應達到平衡狀態的是___________。

a.CH4的轉化率等于CO的產率 b．混合氣體的平均相對分子質量不變

c.v正(CO)：v逆(H2)=1:2 d.固體的總質量不變

（3）FeO可用CO進行還原，已知：t℃時，FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)，K=0.5，若在1L密閉容器中加入0.04mol FeO(s)，并通入xmolCO，t℃時反應達到平衡。此時FeO(s)的轉化率為50%，則x=_______。

Ⅲ. Fe2O3還可用來制備FeCl3，FeCl3在水溶液中的水解分三步：

Fe3++H2OFe(OH)2++H+ K1

Fe(OH)2++ H2OFe(OH)2++H+ K2

Fe(OH)2++ H2OFe (OH)3+H+ K3

（4）以上水解反應的平衡常效K1、K2、K3由大到小的順序是_______。通過控制條件，以上水解產物聚合生成聚合物的離子方程式為：xFe3++yH2O===Fex(OH)y(3x-y)++yH+

欲使平衡正向移動可采用的方法是__________（填字母）

a．加水稀釋 b．加入少量NaCl固體 c．升溫 d．加入少量Na2CO3固體

Answer 1

【答案】（1） 4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g) △H=-260kJ/mol （2）①四 ②0.018mol/(L·min) ③ bcd （3）0.06 （4）K1>K2>K3 acd

【解析】（1）①4Fe（s）+3O2（g）=2Fe2O3（s）△H=﹣1648kJ/mol

②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=﹣393kJ/mol

③2FeCO3（s）=2Fe（s）+2C（s）+3O2（g）△H=+1480kJ/mol，

根據蓋斯定律計算③×2+②×4+①得到FeCO3在空氣中煅燒生成Fe2O3的熱化學方程式：4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H=﹣260 kJ/mol；

（2）①原子序數為26的鐵元素位于元素周期表的第四周期(26-2-8-8=8，第四周期有18種元素)；

②Fe2O3(s)+3CH4(g)=2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)

1mol 6mol

n

n=0.18mol

氫氣表示的反應速率=；

③a．CH4的轉化率等于CO的產率，都是代表正反應方向，故不能說明正逆反應速率相同，錯誤；b．反應前后氣體質量增大一倍，氣體體積增大兩倍，當混合氣體的平均相對分子質量不再改變是反應沒達到平衡狀態，正確；c．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，為正反應速率之比，v正(CO)：v逆(H2)=1:2，說明反應達到平衡狀態，正確；d．反應中氧化鐵轉化為鐵固體質量減少，若固體總質量不變說明反應達到平衡狀態，正確；答案為：bcd；

（3） FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)

開始時物質的量：0.04 x 0

改變的物質的量：0.02 x-0.02 0.02

平衡時物質的量：0.02 x-0.02 0.02

則：，解得：x=0.06；

（4）鐵離子的水解分為三步，且水解程度逐漸減弱，所以水解平衡常數逐漸減小，則K1>K2>K3；a.加水稀釋，則水解平衡正向移動；b.加入氯化鈉，氯化鈉溶液為中性，平衡不移動；c.因為水解為吸熱反應，所以升溫，平衡正向移動；d.加入碳酸鈉，則消耗氫離子，所以氫離子濃度降低，平衡正向移動。答案選acd。