Question

【題目】近年來，磁性材料的研究備受國際磁學界的關注。Fe3O4具有許多優異的性能，在磁性材料等領域應用廣泛。回答下列問題：

（1）水熱法制備Fe3O=納米顆粒的總反應為3Fe2++2S2O32-+O2+4OHˉ=Fe3O4+S4O62-+2H2O，下列說法正確的是_________(填字母)

A.S2O32-是氧化劑

B.被氧化的Fe2+和未被氧化的Fe2+個數之比為1：2

C.每生成1 mol Fe 3O4，則轉移電子數為2mol

D.該反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4

（2）已知：H2O(1)=H2(g)+1/2O2(g) △H1=+285.5kJ·mol-1，以太陽能為熱源分解Fe3O4，經由熱化學鐵氧化合物循環分解水制H2的過程如下：過程I的熱化學方程式為2Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g) △H2=+313.2kJ·mol-1，則過程II的熱化學方程式為____________。

（3）化學共沉淀法是制備Fe3O4顆粒最常用的方法之一，方法是將FeSO4和FeCl3溶液以1：2投料比混合，再加入NaOH溶液，即可產生Fe3O4顆粒，則該反應的離子方程式為______________________，由下表數據可知，Fe2+和Fe3+的最佳投料比為1：1.85，原因可能是_____________________。

表 不同投料比得到Fe3O4的結果

（4）磁鐵礦(Fe3O4)是工業上冶煉鐵的原料之一，發生的主要反應為Fe3O4(s)+4CO3Fe(s)+4CO2，該反應的△H<0，T℃時，在1L恒容密閉容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反應達到平衡時，容器中CO2的濃度是0.4mol·L-1。

①CO的平衡轉化率是______________，T℃時，該反應的平衡常數K=__________。

②欲提高該反應中CO的平衡轉化率，可采取的措施是_____________(任寫一個即可)。

③其他條件不變時，該反應在不同溫度下，CO2含量隨時間的變化 (CO2)~t曲線如圖所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關系是___________，判斷依據是____________。

Answer 1

【答案】 D 3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ/mol Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O Fe2+容易被氧化為Fe3+ 80% 256 移出CO2或降低溫變 T1>T2>T3 其他條件相同時,圖像斜率: T1>T2>T3,即反應速率: T1>T2>T3,而溫度越高,反應速率越快,所以T1>T2>T3

【解析】（1）A．反應中Fe2+→Fe3O4，Fe元素化合價升高，S2O32-→S4O62-，S元素的化合價升高，Fe2+和S2O32-都是還原劑，選項A錯誤；B. 3molFe2+參與反應時生成1mol Fe3O4，2molFe2+被氧化，則被氧化的Fe2+和未被氧化的Fe2+個數之比為2：1，選項錯誤；C．反應3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中，Fe和S元素的化合價升高，被氧化，O2為氧化劑，每生成1molFe3O4，反應轉移的電子總數為4mol，選項C錯誤；D．反應3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中氧化劑O2與還原劑Fe2+和S2O32-的物質的量之比為1：4，選項D正確。答案選D；（2）根據圖中信息可知，過程II的方程式為3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)，已知①H2O(1)=H2(g)+1/2O2(g) △H1=+285.5kJ·mol-1，②2Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g) △H2=+313.2kJ·mol-1，根據蓋斯定律，由①-②×得反應3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+285.5kJ·mol-1-313.2kJ·mol-1×=+128.9kJ/mol；（3）FeSO4和FeCl3溶液以1：2投料比混合，再加入NaOH溶液，即可產生Fe3O4顆粒，反應的離子方程式為Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O，由下表數據可知，Fe2+容易被氧化為Fe3+，為保證Fe2+足夠，Fe2+和Fe3+的最佳投料比為1：1.85；（4）①1L恒容密閉容器中，CO 0.5mol mol 即0.5 mol /L，達到平衡時，容器中CO2的濃度是0.4 mol /L，所以平衡時CO的濃度是0.1 mol /L，CO的平衡轉化率是=80%；該反應的平衡常數K==256；②欲提高該反應中CO的平衡轉化率，則使平衡正向移動，可采取的措施是移出CO2或降低溫變；③溫度T1、T2、T3由大到小的關系是T1>T2>T3，判斷依據是其他條件相同時,圖像斜率: T1>T2>T3,即反應速率: T1>T2>T3,而溫度越高,反應速率越快,所以T1>T2>T3。