Question

近年来，磁性材料的研究备受国际磁学界的关注。Fe₃O₄具有许多优异的性能，在磁性材料等领域应用广泛。回答下列问题：

（1）水热法制备Fe₃O=纳米颗粒的总反应为3Fe²⁺+2S₂O₃^2-+O₂+4OHˉ=Fe₃O₄+S₄O₆^2-+2H₂O，下列说法正确的是_________(填字母)

A.S₂O₃^2-是氧化剂

B.被氧化的Fe²⁺和未被氧化的Fe²⁺个数之比为1：2

C.每生成1 mol Fe ₃O₄，则转移电子数为2mol

D.该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：4

（2）已知：H₂O(1)=H₂(g)+1/2O₂(g)   △H₁=+285.5kJ·mol^-1，以太阳能为热源分解Fe₃O₄，经由热化学铁氧化合物循环分解水制H₂的过程如下：过程I的热化学方程式为2Fe₃O₄(s) 6FeO(s)+O₂(g)   △H₂=+313.2kJ·mol^-1，则过程II的热化学方程式为____________。

（3）化学共沉淀法是制备Fe₃O₄颗粒最常用的方法之一，方法是将FeSO₄和FeCl₃溶液以1：2投料比混合，再加入NaOH溶液，即可产生Fe₃O₄颗粒，则该反应的离子方程式为______________________，由下表数据可知，Fe²⁺和Fe³⁺的最佳投料比为1：1.85，原因可能是_____________________。

表   不同投料比得到Fe₃O₄的结果

（4）磁铁矿(Fe₃O₄)是工业上冶炼铁的原料之一，发生的主要反应为Fe₃O₄(s)+4CO3Fe(s)+4CO₂，该反应的△H<0，T℃时，在1L恒容密闭容器中，加入Fe₃O₄、CO各0.5mol，10min后反应达到平衡时，容器中CO₂的浓度是0.4mol·L^-1。

①CO的平衡转化率是______________，T℃时，该反应的平衡常数K=__________。

②欲提高该反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是_____________(任写一个即可)。

③其他条件不变时，该反应在不同温度下，CO₂含量随时间的变化 (CO₂)~t曲线如图所示，温度T₁、T₂、T₃由大到小的关系是___________，判断依据是____________。

Answer

D 3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s)  △H=+128.9kJ/mol Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O Fe2+容易被氧化为Fe3+ 80% 256 移出CO2或降低温变 T1>T2>T3 其他条件相同时,图像斜率: T1>T2>T3,即反应速率: T1>T2>T3,而温度越高,反应速率越快,所以T1>T2>T3

【解析】（1）A．反应中Fe2+→Fe3O4，Fe元素化合价升高，S2O32-→S4O62-，S元素的化合价升高，Fe2+和S2O32-都是还原剂，选项A错误；B. 3molFe2+参与反应时生成1mol Fe3O4，2molFe2+被氧化，则被氧化的Fe2+和未被氧化的Fe2+个数之比为2：1，选项错误；C．反应3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中，Fe和S元素的化合价升高，被氧化，O2为氧化剂，每生成1molFe3O4，反应转移的电子总数为4mol，选项C错误；D．反应3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中氧化剂O2与还原剂Fe2+和S2O32-的物质的量之比为1：4，选项D正确。答案选D；（2）根据图中信息可知，过程II的方程式为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，根据盖斯定律，由①-②×得反应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，即可产生Fe3O4颗粒，反应的离子方程式为Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O，由下表数据可知，Fe2+容易被氧化为Fe3+，为保证Fe2+足够，Fe2+和Fe3+的最佳投料比为1：1.85；（4）①1L恒容密闭容器中，CO 0.5mol mol 即0.5 mol /L，达到平衡时，容器中CO2的浓度是0.4 mol /L，所以平衡时CO的浓度是0.1 mol /L，CO的平衡转化率是=80%；该反应的平衡常数K==256；②欲提高该反应中CO的平衡转化率，则使平衡正向移动，可采取的措施是移出CO2或降低温变；③温度T1、T2、T3由大到小的关系是T1>T2>T3，判断依据是其他条件相同时,图像斜率: T1>T2>T3,即反应速率: T1>T2>T3,而温度越高,反应速率越快,所以T1>T2>T3。