Question

將nmol木炭粉和1mol氧化亞鐵在反應器中混合，隔絕空氣加強熱。

⑴ 可能發生的化學反應有

① Fe+C＝Fe+CO↑    ② 2FeO+C＝2Fe+CO₂↑ ③ FeO+CO＝Fe+CO₂↑

和④             　　　　　　　　　　　　　　　　    

⑵ 若n＜1/4，充分反應后，反應器中的固體物質是         ，氣體產物是          。

⑶ 若n＜4，充分批應后，反應器中的固體物質是         　，氣體產物是           。

⑷ 若反應的氣體產物是混合物，n的取值范圍是             。

⑸ 若反應的氣體產物是混合物，且混合物中CO和CO₂的物質的量相等，則n的值為   。

Answer 1

⑴ C+CO₂  2CO ⑵ FeO 和Fe，CO  ⑶ C和Fe，CO ⑷ 1/2<n<1 ⑸ 2/3

解析:

解該題的思路首先從多種反應的特點出發，結合反應①和②得出：C和FeO的物質的量比大于或等于1∶1時，只生成CO；若比值是小于或等于1∶2時，只生成CO₂。在1∶1和1∶2之間既有CO也有CO₂生成。在數軸上可分為二點三區間：

結合題意木炭和FeO的比值判斷某一反應物是否過量，確定所發生的反應。再根據反應方程式的相加原理，簡化計算步驟，最后應用范圍討論解法求解。

分析問題⑴中前三個方程式知C有還原性，CO₂有一定的氧化性。既然題意是可能發生的反應，所以方程④是：C+CO₂  2CO。

對于問題⑵，n＜1/4，C和FeO物質的量之比是1∶4，說明FeO過量，所以，容器內的固體除產物Fe外，還應有FeO，而氣體只有CO₂。

對于問題⑶，C和FeO物質的量之比是4∶1，說明木炭過量。從反應區間知，經充分反應后，容器內的固體除產物Fe外， 還應有木炭，而氣體只有CO。

對于問題⑷，氣體產物是混合物，只能是CO和CO₂，則固體物質只有Fe，根據前面的分析，n值應在1∶1和1∶2之間，即1/2＜n＜1，說明木炭既要參加①式反應，又要參加②式反應。

對于問題⑸，要求混合氣體中CO和CO₂物質的量相等，可將①式和②式按題意相加得：

3FeO+2C3Fe+CO↑+CO₂↑，若FeO為1mol，則C為2/3。