Question

碳酸亚铁（FeCO₃）是菱镁矿的主要成分，将FeCO₃加热到200℃开始分解为FeO和CO₂，若在空气中高温煅烧FeCO₃生成Fe₂O₃。

I．已知25℃，101kPa时：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）请写出FeCO₃在空气中煅烧生成Fe₂O₃的热化学方程式_______。

Ⅱ．生成的FeO和Fe₂O₃在一定条件下被还原为金属铁。

（2）据报道一定条件下Fe₂O₃可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁。其反应为：

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

① 原子序数为26的铁元素位于元素周期表的第_______周期。

②反应在5L的密闭容器中进行，2min后达到平衡，测得Fe₂O₃在反应中质量消耗4.8g。则该段时间内用H₂表达的平均反应速率为____________。

③将一定量的Fe₂O₃(s)和一定量的CH₄(g)置于恒温恒压容器中，在一定条件下反应，能表明该反应达到平衡状态的是___________。

a.CH₄的转化率等于CO的产率        b．混合气体的平均相对分子质量不变

c.v_正(CO)：v_逆(H₂)=1:2               d.固体的总质量不变

（3）FeO可用CO进行还原，已知：t℃时，FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)，K=0.5，若在1L密闭容器中加入0.04mol FeO(s)，并通入xmolCO，t℃时反应达到平衡。此时FeO(s)的转化率为50%，则x=_______。

Ⅲ. Fe₂O₃还可用来制备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）以上水解反应的平衡常效K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是_______。通过控制条件，以上水解产物聚合生成聚合物的离子方程式为：xFe³⁺+yH₂O===Fe_x(OH)_y^(3x-y)++yH⁺

欲使平衡正向移动可采用的方法是__________（填字母）

a．加水稀释    b．加入少量NaCl固体     c．升温    d．加入少量Na₂CO₃固体

Answer

4FeCO3(s)+O2(g)=2Fe2O3(s)+4CO2(g) △H=-260kJ/mol 四 0.018mol/(L·min) bcd 0.06 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，

根据盖斯定律计算③×2+②×4+①得到FeCO3在空气中煅烧生成Fe2O3的热化学方程式：4FeCO3（s）+O2（g）=2Fe2O3（s）+4CO2（g）△H=﹣260 kJ/mol；

（2）①原子序数为26的铁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种元素)；

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

1mol 6mol

n

n=0.18mol

氢气表示的反应速率=；

③a．CH4的转化率等于CO的产率，都是代表正反应方向，故不能说明正逆反应速率相同，错误；b．反应前后气体质量增大一倍，气体体积增大两倍，当混合气体的平均相对分子质量不再改变是反应没达到平衡状态，正确；c．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，为正反应速率之比，v正(CO)：v逆(H2)=1:2，说明反应达到平衡状态，正确；d．反应中氧化铁转化为铁固体质量减少，若固体总质量不变说明反应达到平衡状态，正确；答案为：bcd；

（3） FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)

开始时物质的量：0.04 x 0

改变的物质的量：0.02 x-0.02 0.02

平衡时物质的量：0.02 x-0.02 0.02

则：，解得：x=0.06；

（4）铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小，则K1>K2>K3；a.加水稀释，则水解平衡正向移动；b.加入氯化钠，氯化钠溶液为中性，平衡不移动；c.因为水解为吸热反应，所以升温，平衡正向移动；d.加入碳酸钠，则消耗氢离子，所以氢离子浓度降低，平衡正向移动。答案选acd。