Question

1．合成氨工業(yè)生產中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃
（1）某FeO、Fe₂O₃混合物中，鐵、氧的物質的量之經為4：5，其中Fe²⁺與Fe³⁺物質的量之比為1：1．
（2）當催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質的量之經為：1：2時，其催化活性最高，此時鐵的氧化物混合物中鐵的質量分數為0.72（用小數表示，保留2位小數）．
（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)生如下反應：
2Fe₂O₃十C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4FeO十CO₂↑．為制得這種活性最高的催化劑，應向480g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質量為6g．

Answer 1

分析 （1）據FeO、Fe₂O₃混合物中鐵、氧的物質的量之比為4：5，根據原子守恒求出混合物中FeO、Fe₂O₃的物質的量之比；
（2）據求Fe²⁺與Fe³⁺的物質的量之比為1：2，求出混合物中FeO與Fe₂O₃的物質的量和質量，再由兩氧化物中鐵元素的質量分數，可求得混合物與所含鐵的質量關系，即可得此時鐵的氧化物混合物中鐵的質量分數；
（3）由題意可知：催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質的量之比為1：2活性最高，再根據反應方程式2Fe₂O₃十C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4FeO十CO₂↑計算出需要加入碳粉的質量．

解答 解：（1）設Fe²⁺與Fe³⁺物質的量分別為x、y，根據鐵原子、氧原子守恒得（x+y）：（x+1.5y）=4：5，x=y，所以x：y=1：1，
故答案為：1：1；
（2）由題意可知：催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質的量之比為1：2，則FeO、Fe₂O₃的物質的量之比為1：1，則m（FeO）：m（Fe₂O₃）=9：20，設此時混合物中FeO的質量為9n，Fe₂O₃的質量為20n，混合物的質量為29n，混合物中鐵的質量分數=（9n×$\frac{56}{72}$×100%+20n×$\frac{112}{160}$×100%）÷29n=72%；
故答案為：0.72；
（3）當催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質的量之經為：1：2時，即FeO、Fe₂O₃的物質的量之比為1：1時催化活性最高，
即氧化鐵中與碳粉反應生成氧化亞鐵的鐵元素為氧化鐵中鐵元素的$\frac{1}{3}$，480g氧化鐵中被還原生成氧化亞鐵的質量為：480g×$\frac{1}{3}$=160g，
根據反應2Fe₂O₃十C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4FeO十CO₂↑可知，
        320   12
        160g  m
需要加入的碳粉的質量為：320m=160×12，
解得：m=6g．
故答案為：6．

點評 本題考查了混合物的有關計算，根據物質的化學式及化學方程式中物質之間的關系即可解答，題目難度中等．