Question

（1）合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分為FeO、Fe₂O₃
已知當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化劑活性最高．現(xiàn)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(yīng)：
2Fe₂O₃+C

高溫  .

4FeO+CO₂↑．為制得這種活性最高的催化劑，理論上應(yīng)向480g Fe₂O₃ 粉末中加入炭粉的質(zhì)量為

 

，生成實(shí)驗(yàn)條件下CO₂的體積為

 

（假設(shè)此實(shí)驗(yàn)條件下，氣體摩爾體積為24L?mol^-1）．
（2）已知在酸性條件下溴酸鹽可發(fā)生如下離子反應(yīng)：
Ⅰ.2BrO₃^-+10Cl^-+12H⁺═5Cl₂↑+Br₂+6H₂O
Ⅱ.6BrO₃^-+5Cl^-+6H⁺═5ClO₃^-+3Br₂+3H₂O
Ⅲ．BrO₃^-+5Br^-+6H⁺═3Br₂+3H₂O
現(xiàn)將120mL 0.4mol?L^-1KBrO₃溶液和100mL 0.6mol?L^-1KCl溶液在稀H₂SO₄中混合，充分反應(yīng)后，產(chǎn)物KClO₃和Cl₂的物質(zhì)的量之比為

 

．
（3）現(xiàn)有Fe、Cu組成的合金，其總物質(zhì)的量為amol，Cu的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x．．將合金研成粉末后全部投入含bmol HNO₃的稀溶液中，微熱，使其充分反應(yīng)，硝酸的還原產(chǎn)物只有NO．當(dāng)溶液中的金屬離子只有Fe²⁺、Cu²⁺時(shí)，b的取值范圍是（用a、x表示）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算,物質(zhì)的量的相關(guān)計(jì)算

專(zhuān)題：計(jì)算題

分析：（1）根據(jù)n=

m

M

計(jì)算480g Fe₂O₃ 的物質(zhì)的量，再根據(jù)當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化劑活性最高，計(jì)算FeO 的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式 計(jì)算碳的物質(zhì)的量、生成二氧化碳的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算碳粉質(zhì)量，根據(jù)V=nV_m計(jì)算二氧化碳體積；
（2）令KClO₃和Cl₂的物質(zhì)的量物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒及氯元素守恒列方程計(jì)算解答；
（3）當(dāng)溶液中的金屬離子只有Fe²⁺、Cu²⁺時(shí)，說(shuō)明Cu恰好完全反應(yīng)或者有剩余，而HNO₃和Fe則完全反應(yīng)（如果有硝酸剩余，則Fe²⁺則會(huì)被進(jìn)一步氧化為Fe³⁺；如果有Fe剩余，則會(huì)和Cu²⁺繼續(xù)反應(yīng)），
HNO₃→NO，N得3電子，設(shè)被還原的HNO₃為y mol，總計(jì)得3y mol電子，
Cu→Cu²⁺，Cu失2電子，設(shè)參加反應(yīng)的Cu為z mol，總計(jì)失2z mol電子，
Fe→Fe²⁺，F(xiàn)e失2電子，參加反應(yīng)的Fe為a（1-x） mol，總計(jì)失2a（1-x） mol電子，
根據(jù)得失電子總數(shù)相等，所以：3y=2z+2a（1-x） ①
反應(yīng)中起酸作用的硝酸生成Fe（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂，起氧化劑作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a（1-x）+2z=b ②
聯(lián)立方程，消去y，可得b的表達(dá)式（用a、x、z表示），參加反應(yīng)的Cu的物質(zhì)的量z的取值大于0，最大為ax，帶入b的表達(dá)式計(jì)算．

解答： 解：（1）480g Fe₂O₃ 的物質(zhì)的量為

480g

160g/mol

=3mol，根據(jù)當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化劑活性最高，則FeO為3mol×2×

1

3

=2mol，
2Fe₂O₃+C

高溫  .

4FeO+CO₂↑
       1     4     1
       n（C）  2mol n（CO₂）
n（C）=n（CO₂）=

1×2mol

4

=0.5mol
故m（C）=0.5mol×12g/mol=6g
該條件下V（CO₂）=0.5mol×24gL/mol=12L
故答案為：6g；12L；
（2）令KClO₃和Cl₂的物質(zhì)的量物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒及氯元素守恒列方程，則：

6x+2y=0.12×0.4×5 x+2y=0.1×0.6

，解得x=0.036  y=0.012，產(chǎn)物KClO₃和Cl₂的物質(zhì)的量之比為0.036：0.012=3：1，
故答案為：3：1；
（3）當(dāng)溶液中的金屬離子只有Fe²⁺、Cu²⁺時(shí)，說(shuō)明Cu恰好完全反應(yīng)或者有剩余，而HNO₃和Fe則完全反應(yīng)（如果有硝酸剩余，則Fe²⁺則會(huì)被進(jìn)一步氧化為Fe³⁺；如果有Fe剩余，則會(huì)和Cu²⁺繼續(xù)反應(yīng)），
HNO₃→NO，N得3電子，設(shè)被還原的HNO₃為y mol，總計(jì)得3y mol電子，
Cu→Cu²⁺，Cu失2電子，設(shè)參加反應(yīng)的Cu為z mol，總計(jì)失2z mol電子，
Fe→Fe²⁺，F(xiàn)e失2電子，參加反應(yīng)的Fe為a（1-x） mol，總計(jì)失2a（1-x） mol電子，
根據(jù)得失電子總數(shù)相等，所以：3y=2z+2a（1-x） ①
反應(yīng)中起酸作用的硝酸生成Fe（NO₃）₂和Cu（NO₃）₂，起氧化劑作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a（1-x）+2z=b ②
聯(lián)立方程，消去y，整理得b=

4[2z+2a(1-x)]

3

③
參加反應(yīng)的Cu的物質(zhì)的量z的取值大于0，最大為ax，帶入③中，可得

8a(1-x)

3

＜b≤

8a

3

，
故答案為：

8a(1-x)

3

＜b≤

8a

3

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物計(jì)算，屬于拼合型題目，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，（3）為易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，判斷Fe、硝酸完全反應(yīng)是關(guān)鍵，再根據(jù)Cu的反應(yīng)情況確定b的取值范圍，難度較大．