Question

氧化鐵在工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用．
I．據(jù)報(bào)道，一定條件下利用FeO₂與甲烷反應(yīng)可制取“納米級(jí)”的金屬鐵．其反應(yīng)如下：
Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
（1）若反應(yīng)在2L的密閉容器中進(jìn)行，5min后達(dá)到平衡，測(cè)得反應(yīng)生成Fe的質(zhì)量為1.12g．則該段時(shí)間內(nèi)CH₄的平均反應(yīng)速率為

 

．
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，僅改變某一相關(guān)元素，下列說(shuō)法正確的是

 

（選填序號(hào)）．
a．若加入催化劑，v_正增大，平衡向右移動(dòng)
b．若溫度升高，平衡常數(shù)K減小
c．若增大Fe₂O₃的量，平衡向右移動(dòng)
d．若從反應(yīng)體系中移走部分CO，可提高CH₄的轉(zhuǎn)化率
Ⅱ．工業(yè)上利用硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）為原料提取Fe₂O₃，工藝流程如下：試回答下列問(wèn)題：

（3）步驟i燒渣中Al₂O₃溶解的離子方程式為

 

．
（4）步驟i、ⅱ、ⅲ都要進(jìn)行的操作名稱是

 

．
（5）結(jié)合圖，判斷步驟ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH不高于

 

．
（6）已知

微粒平衡	平衡常數(shù)
FeCO3（a）?Fe2+（aq）+CO32-（aq）	Kap=3.2×10-11
H2CO3?H++HCO3-	Ka1=4.36×10-7
HCO3-?H++CO32-	Ka2=4.68×10-11
2HCO3-?H2CO3+CO32-	K=1.3×10-4

計(jì)算反應(yīng)Fe²⁺（aq）+2HCO₃^-（aq）═FeCO₃（s）+H₂CO₃（aq）的平衡常數(shù)為

 

．
（7）在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵的化學(xué)方程式為

 

．
（8）結(jié)合所學(xué)化學(xué)知識(shí)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室里從上述的硫鐵礦燒渣中提取氧化鐵的另一種簡(jiǎn)單方案．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題,化學(xué)反應(yīng)速率專題

分析：Ⅰ、（1）結(jié)合題干計(jì)算鐵物質(zhì)的量，根據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算甲烷消耗的物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)特征和影響平衡因素，結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析選項(xiàng)；
Ⅱ、（3）依據(jù)流程分析氧化鋁溶解于過(guò)量硫酸生成硫酸鋁和水，據(jù)此書(shū)寫(xiě)離子方程式；
（4）流程分析，步驟i是硫酸溶解后過(guò)濾除去不溶雜質(zhì)，步驟ii是加入過(guò)量鐵調(diào)節(jié)溶液PH，過(guò)濾得到濾液除去過(guò)量鐵，步驟iii是過(guò)濾得到碳酸亞鐵沉淀；
（5）依據(jù)圖象分析可知加入鐵是還原鐵離子，同時(shí)調(diào)節(jié)溶液PH除去鋁離子，亞鐵離子不生成沉淀，溶液PH不高于7；
（6）依據(jù)電離平衡常數(shù)結(jié)合反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算推斷得到；
（7）在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵和二氧化碳，依據(jù)原子守恒配平書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（8）依據(jù)氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液，氧化鋁和二氧化硅能溶解于氫氧化鈉溶液設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．

解答： 解：Ⅰ、（1）若反應(yīng)在2L的密閉容器中進(jìn)行，5min后達(dá)到平衡，測(cè)得反應(yīng)生成Fe的質(zhì)量為1.12g鐵物質(zhì)的量=

1.12g

56g/mol

=0.02mol，結(jié)合化學(xué)方程式，F(xiàn)e₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g），計(jì)算反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量為0.03mol，則該段時(shí)間內(nèi)CH₄的平均反應(yīng)速率=

0.03mol 2L

5min

=0.003mol/（L?min）；
故答案為：0.003mol/（L?min）；
（2）Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）═2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0，反應(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)
a．若加入催化劑，V_逆，v_正增大，速率同等程度增大，平衡不發(fā)生移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，若溫度升高，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)K增大，故b錯(cuò)誤；
c．若增大Fe₂O₃的量，氧化鐵是固體不影響平衡，平衡不移動(dòng)，故d錯(cuò)誤；
d．若從反應(yīng)體系中移走部分CO，減少生成物，平衡正向進(jìn)行，可提高CH₄的轉(zhuǎn)化率，故d正確；
故答案為：d；
Ⅱ、（3）Al₂O₃溶解于稀硫酸中反應(yīng)生成硫酸鋁和水，反應(yīng)的離子方程式為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
故答案為：Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O；
（4）依據(jù)流程分析，步驟i是硫酸溶解后過(guò)濾除去不溶雜質(zhì)，步驟ii是加入過(guò)量鐵調(diào)節(jié)溶液PH，過(guò)濾得到濾液除去過(guò)量鐵，步驟iii是過(guò)濾得到碳酸亞鐵沉淀，步驟中都是基本操作過(guò)濾；
故答案為：過(guò)濾；
（5）根據(jù)圖象可知，亞鐵離子開(kāi)始沉淀時(shí)的pH值是7，所以要得到碳酸亞鐵，同時(shí)調(diào)節(jié)溶液PH除去鋁離子，亞鐵離子不生成沉淀，則溶液的pH不能高于7，因此步驟ⅱ中調(diào)節(jié)溶液的pH不高于7．
故答案為：7；
（6）計(jì)算反應(yīng)Fe²⁺（aq）+2HCO₃^-（aq）═FeCO₃（s）+H₂CO₃（aq）的平衡常數(shù)
K=

c(H2CO3)

c2(HCO3-)c(Fe2+)

=

c(H2CO3)c(CO32-)

c(Fe2+)c(CO32-)c2(HCO3-)

=

K

Ksp

=

1.3×10-4

3.2×10-11

=4.06×10⁵；
故答案為：4.06×10⁵；
（7）在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵和二氧化碳，依據(jù)原子守恒分析，生成氧化鐵同時(shí)生成二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeCO₃+O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+4CO₂；
故答案為：4FeCO₃+O₂

高溫  .

2Fe₂O₃+4CO₂；
（8）由于氧化鋁與二氧化硅均能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，而氧化鐵和氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，因此要提取氧化鐵的實(shí)驗(yàn)方案可以設(shè)計(jì)為取少量磁鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液中，攪拌，過(guò)濾，洗滌烘干得到；
故答案為：取少量磁鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液中，攪拌，過(guò)濾，洗滌烘干得到．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了反應(yīng)速率計(jì)算，化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響因素，方程式書(shū)寫(xiě)方法，物質(zhì)分離與提純，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．