Question

我國是個(gè)鋼鐵大國，鋼鐵產(chǎn)量為世界第一，高爐煉鐵是最為普遍的煉鐵方法．高爐內(nèi)可能發(fā)生如下反應(yīng)：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁═-393.5kJ?mol^-1       ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂═+172.5kJ?mol^-1                 ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s）△H₃═-13.7kJ?mol^-1       ③
請(qǐng)回答下列問題：
（1）從反應(yīng)原理看，C在高爐中的作用是

 

；計(jì)算3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）的△H=

 

．
（2）800℃時(shí)，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常數(shù)K=1.64，相同條件下測(cè)得高爐內(nèi)c（CO）=0.20mol?L^-1、c（CO₂）═0.05mol?L^-1，此時(shí)反應(yīng)向

 

（填“正”或“逆”）方向進(jìn)行．
（3）對(duì)于在一定溫度下在密閉容器中進(jìn)行的可逆反應(yīng)：4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），增加CO的量，CO的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）某種礦石中鐵元素以氧化物Fe_mO_n形式存在，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：將少量鐵礦石樣品粉碎，稱取25.0g樣品于燒杯中，加入稀硫酸充分溶解，并不斷加熱、攪拌，濾去不溶物．向所得濾液中加入10.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體3.6g．剩下濾液用濃度為2mol?L^-1的酸性KMnO₄滴定，至終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液體積25.0mL．提示：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺      8H⁺+MnO₄^-+5Fe²⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
①該鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

；
②氧化物Fe_mO_n的化學(xué)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：計(jì)算題,基本概念與基本理論

分析：（1）分析反應(yīng)原理得到碳的用途，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）計(jì)算濃度商，與平衡常數(shù)比較，依此判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)物和生成物中氣體只有一種物質(zhì)，增加一氧化碳的量相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡不變，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變；
（4）①參加反應(yīng)的MnO₄^-的物質(zhì)的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據(jù)離子方程式計(jì)算n（Fe²⁺），根據(jù)元素守恒，氧化物中鐵元素的質(zhì)量等于Fe²⁺的質(zhì)量；
②參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量為10g-3.6g=6.4g，銅發(fā)生反應(yīng)Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺．由反應(yīng)可知硫酸與氧化物反應(yīng)后的溶液中鐵離子n（Fe³⁺）=2n（Cu），亞鐵離子n（Fe²⁺）=0.25mol-n（Fe³⁺），判斷氧化物中鐵離子與亞鐵離子數(shù)目比，據(jù)此書寫化學(xué)式．

解答： 解：（1）從反應(yīng)原理看，C在高爐中的作用是作燃料，為冶煉提供能量，作還原劑，為冶煉提供還原劑CO；
已知高爐內(nèi)可能發(fā)生如下反應(yīng)：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g），△H₁=-393.5kJ?mol^-1 ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g），△H₂=+172.5kJ?mol^-1 ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），△H₃=-13.7kJ?mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律：①×2-②×2-③，可得方程3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s），則△H=2△H₁-2△H₂-△H₃=-393.5×2-172.5×2+13.7=-1118.3kJ?mol^-1，
故答案為：作燃料，為冶煉提供能量，作還原劑，為冶煉提供還原劑CO，-1118.3kJ?mol^-1；
（2）已知C（s）+CO₂（g）?2CO（g），則Qc=

c2(CO)

c(CO2)

=

0．22

0.05

=0.8＜K=1.64，說明反應(yīng)未達(dá)到平衡，所以反應(yīng)向正方向進(jìn)行，
故答案為：正；
（3）反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)物和生成物中氣體只有一種物質(zhì)，增加一氧化碳的量相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡不變，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變；
故答案為：不變；
（4）①參加反應(yīng)的MnO₄^-的物質(zhì)的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據(jù)離子方程式可知n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.05mol=0.25mol，根據(jù)元素守恒，氧化物中鐵元素的質(zhì)量等于Fe²⁺的質(zhì)量為0.25mol×56g/mol=14g；所以鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

14g

25g

×100%=56%；
故答案為：56%；
②參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量為10g-3.6g=6.4g，物質(zhì)的量為

6.4g

64g/mol

=0.1mol，銅發(fā)生反應(yīng)Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，由反應(yīng)可知硫酸與氧化物反應(yīng)后的溶液中n（Fe³⁺）=2n（Cu）=0.2mol，所以n（Fe²⁺）=0.25mol-0.2mol=0.05mol，所以鐵的氧化物中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=0.2mol：0.05mol=4：1，故該鐵氧化物可表示為2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇，
故答案為：2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的計(jì)算，有關(guān)方程式的計(jì)算等，題目難度中等，側(cè)重于對(duì)學(xué)生計(jì)算能力和分析解決問題的能力的考查．