Question

【題目】目前，我國是最大的鋼鐵生產國，鋼鐵是國民經濟的基礎產業，鐵及其化合物的應用也越來越廣泛。回答下列問題:

(1)畫出鐵的原子結構示意圖:______________。

(2)工業煉鐵時常用CO還原鐵礦粉，已知:

① Fe2O3(s) + 3CO(g)=2Fe(s)+ 3CO2(g) △H=-24.8 kJ/mol

② Fe3O4(S)+CO(g)=-3FeO(g)+CO2(g) △H= +19.4 kJ/mol

③ FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g) △H= -11.0 kJ/mol

則反應3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)的△H= ________。

(3)Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g) 反應溫度與K的關系如右表:

反應溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數K	64	50.7	42.9

恒溫1000℃在體積為10L的恒容密閉容器中加入0.1molFe2O3和0.1molCO，氣體混合物中CO2的體積分數φ(CO2)隨時間t的變化關系如圖所示。

①前 8minCO 的反應速率為_______；平衡時a=____。

②若再向平衡混合物中加入0.01molCO 和0.02molCO2，平衡_______移動；若要使平衡混合氣中CO2的體積分數增大，下列措施可行的是_______(填標號)。

A.增大Fe2O3用量 B.增大壓強 C.降低溫度 D.向容器中再充入少量CO

(4)納米級的Fe3O4在催化劑、造影成像、藥物載體、靶向給藥等領域都有很好的應用前景，工業生產中常用“共沉淀法”來制備。將FeCl2和FeCl3按一定比例配成混合溶液，用NaOH溶液作為沉淀劑，在特定條件下即可制得納米級的Fe3O4，反應的離子方程式是_____，在實際生產中Fe2+和Fe3+反應用量比常是2:3，甚至1:1，為什么?________。

(5)納米鐵粉可用于除去廢水中的NO3-，反應的離子方程式為:4Fe+ NO3-+ 10H+=4Fe2++NH4++3H2O。研究發現，若pH偏低將會導致NO3－的去除率下降，其原因是________；若加入少量Cu2+，廢水中NO3-的去除速率大大加快，可能的原因是_____________。

Answer 1

【答案】 -47.2 kJ/mol 10-3 mol·L-1·min-1 80%或0.8 向正反應方向 C Fe2+＋2Fe3+＋8OH－Fe3O4＋4H2O Fe2+容易被空氣中的O2氧化為Fe3+，故需多加一些Fe2+，確保生成Fe3O4 發生副反應，Fe與H+生成H2 形成的Fe-Cu原電池增大了納米鐵粉去除NO的反應速率（或Cu2+對納米鐵粉去除NO的反應具有催化作用）

【解析】本題主要考查鐵及其化合物的性質。

(1)鐵的原子結構示意圖：。

(2)3①-2②-6③得3Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)△H=-47.2mol/kJ。

(3)①K=c3(CO2)/ c3(CO)=64，c(CO2)=4c(CO)=0.008mol/L，前8minCO的反應速率為0.008/8 mol·L-1·min-1=10-3 mol·L-1·min-1；平衡時a=0.08/0.1=80%或0.8。

②若再向平衡混合物中加入0.01molCO和0.02molCO2，濃度商Q<K，平衡向右移動；若要使平衡混合氣中CO2的體積分數增大，下列措施可行的是C。A.增大固體用量平衡不移動，平衡混合氣中CO2的體積分數不變；B.增大壓強平衡不移動，平衡混合氣中CO2的體積分數不變； C.降低溫度平衡右移，平衡混合氣中CO2的體積分數增大；D.向容器中再充入少量CO，平衡不移動，平衡混合氣中CO2的體積分數不變。故選C。

(4)反應的離子方程式是Fe2+＋2Fe3+＋8OH－Fe3O4＋4H2O，在實際生產中Fe2+和Fe3+反應用量比常是2:3，甚至1:1，為什么?原因是Fe2+容易被空氣中的O2氧化為Fe3+，故需多加一些Fe2+，確保生成Fe3O4。

(5)納米鐵粉可用于除去廢水中的NO3-，若pH偏低將會導致NO3-的去除率下降，其原因是發生副反應，Fe與H+生成H2；若加入少量Cu2+，廢水中NO3-的去除速率大大加快，可能的原因是形成的Fe-Cu原電池增大了納米鐵粉去除NO的反應速率（或Cu2+對納米鐵粉去除NO的反應具有催化作用）。