Question

【題目】近年來，磁性材料的研究備受國際磁學(xué)界的關(guān)注。Fe3O4具有許多優(yōu)異的性能，在磁性材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。回答下列問題：

（1）水熱法制備Fe3O=納米顆粒的總反應(yīng)為3Fe2++2S2O32-+O2+4OHˉ=Fe3O4+S4O62-+2H2O，下列說法正確的是_________(填字母)

A.S2O32-是氧化劑

B.被氧化的Fe2+和未被氧化的Fe2+個數(shù)之比為1：2

C.每生成1 mol Fe 3O4，則轉(zhuǎn)移電子數(shù)為2mol

D.該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4

（2）已知：H2O(1)=H2(g)+1/2O2(g) △H1=+285.5kJ·mol-1，以太陽能為熱源分解Fe3O4，經(jīng)由熱化學(xué)鐵氧化合物循環(huán)分解水制H2的過程如下：過程I的熱化學(xué)方程式為2Fe3O4(s) 6FeO(s)+O2(g) △H2=+313.2kJ·mol-1，則過程II的熱化學(xué)方程式為____________。

（3）化學(xué)共沉淀法是制備Fe3O4顆粒最常用的方法之一，方法是將FeSO4和FeCl3溶液以1：2投料比混合，再加入NaOH溶液，即可產(chǎn)生Fe3O4顆粒，則該反應(yīng)的離子方程式為______________________，由下表數(shù)據(jù)可知，Fe2+和Fe3+的最佳投料比為1：1.85，原因可能是_____________________。

表 不同投料比得到Fe3O4的結(jié)果

（4）磁鐵礦(Fe3O4)是工業(yè)上冶煉鐵的原料之一，發(fā)生的主要反應(yīng)為Fe3O4(s)+4CO3Fe(s)+4CO2，該反應(yīng)的△H<0，T℃時(shí)，在1L恒容密閉容器中，加入Fe3O4、CO各0.5mol，10min后反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4mol·L-1。

①CO的平衡轉(zhuǎn)化率是______________，T℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________。

②欲提高該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_____________(任寫一個即可)。

③其他條件不變時(shí)，該反應(yīng)在不同溫度下，CO2含量隨時(shí)間的變化 (CO2)~t曲線如圖所示，溫度T1、T2、T3由大到小的關(guān)系是___________，判斷依據(jù)是____________。

Answer 1

【答案】 D 3FeO(s)+H2O(l)=H2(g)+Fe3O4(s) △H=+128.9kJ/mol Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O Fe2+容易被氧化為Fe3+ 80% 256 移出CO2或降低溫變 T1>T2>T3 其他條件相同時(shí),圖像斜率: T1>T2>T3,即反應(yīng)速率: T1>T2>T3,而溫度越高,反應(yīng)速率越快,所以T1>T2>T3

【解析】（1）A．反應(yīng)中Fe2+→Fe3O4，F(xiàn)e元素化合價(jià)升高，S2O32-→S4O62-，S元素的化合價(jià)升高，Fe2+和S2O32-都是還原劑，選項(xiàng)A錯誤；B. 3molFe2+參與反應(yīng)時(shí)生成1mol Fe3O4，2molFe2+被氧化，則被氧化的Fe2+和未被氧化的Fe2+個數(shù)之比為2：1，選項(xiàng)錯誤；C．反應(yīng)3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中，Fe和S元素的化合價(jià)升高，被氧化，O2為氧化劑，每生成1molFe3O4，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)為4mol，選項(xiàng)C錯誤；D．反應(yīng)3Fe2++2S2O32-+O2+4OH-═Fe3O4+S4O62-+2H2O中氧化劑O2與還原劑Fe2+和S2O32-的物質(zhì)的量之比為1：4，選項(xiàng)D正確。答案選D；（2）根據(jù)圖中信息可知，過程II的方程式為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，根據(jù)蓋斯定律，由①-②×得反應(yīng)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，即可產(chǎn)生Fe3O4顆粒，反應(yīng)的離子方程式為Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4+4H2O，由下表數(shù)據(jù)可知，Fe2+容易被氧化為Fe3+，為保證Fe2+足夠，Fe2+和Fe3+的最佳投料比為1：1.85；（4）①1L恒容密閉容器中，CO 0.5mol mol 即0.5 mol /L，達(dá)到平衡時(shí)，容器中CO2的濃度是0.4 mol /L，所以平衡時(shí)CO的濃度是0.1 mol /L，CO的平衡轉(zhuǎn)化率是=80%；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K==256；②欲提高該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，則使平衡正向移動，可采取的措施是移出CO2或降低溫變；③溫度T1、T2、T3由大到小的關(guān)系是T1>T2>T3，判斷依據(jù)是其他條件相同時(shí),圖像斜率: T1>T2>T3,即反應(yīng)速率: T1>T2>T3,而溫度越高,反應(yīng)速率越快,所以T1>T2>T3。