Question

从古至今，铁及其化合物在人类生产生活中的作用发生了巨大变化。

（1）古代中国四大发明之一的司南是由天然磁石制成的，其主要成分是______（填字母序号）。

a. Fe     b. FeO      c. Fe₃O₄        d. Fe₂O₃

（2） 现代利用铁的氧化物循环裂解水制氢气的过程如下图所示。 整个过程与温度密切相关， 当温度低于 570℃时，反应Fe₃O₄(s)+4 CO(g) 3Fe(s)+4 CO₂(g)，阻碍循环反应的进行。

① 已知：Fe₃O₄(s) + CO(g) 3FeO(s) +CO₂(g)    ΔH₁ = +19.3 kJ·mol^-1

3FeO(s) + H₂O(g)Fe₃O₄(s) + H₂(g) ΔH₂ =-57.2 kJ·mol^-1

C(s)+CO₂2CO（g） ΔH₃ =+172.4 kJ·mol^-1 。

铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式是_________。

② 下图表示其他条件一定时， Fe₃O₄(s)和 CO(g)反应达平衡时 CO(g)的体积百分含量随温度的变化关系。

i. 当温度低于570℃时，温度降低CO的转化率____（填“增大”、“减小”或“不变”），理由是______。

ii. 当温度高于570℃时，随温度升高，反应 Fe₃O₄(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO₂(g)平衡常数的变化趋势是________；（填“增大”、“减小”或“不变”）1040℃时，该反应的化学平衡常数的数值是________。

（3）① 古老而神奇的蓝色染料普鲁士蓝的合成方法如下：

复分解反应 ii 的离子方程式是_______________。

② 如今基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中 CN^-，方案如下：

若试纸变蓝则证明食品中含有 CN^-，请解释检测时试纸变蓝的原因_________。

（4）已知25℃时，Kap[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此温度下若在实验室中配置100mL 5mol/LFeCl₃溶液，为使配置过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入2mol/L的盐酸_________mL（忽略加入盐酸体积）。

Answer

cC(s) + H2O(g) =H2(g) + CO(g) ΔH = + 134.5 kJ· mol-1增大理由：当温度低于570℃时，温度降低，CO的体积百分含量降低，可逆反应Fe3O4+4CO（g）3Fe（s）+4CO2（g） 正向移动，故CO的转化率增大增大43[Fe(CN)6]4- + 4Fe3+ =Fe4[Fe(CN)6]3↓碱性条件下，Fe2+与 CN-结合生成[Fe(CN)6]4- ,Fe2+被空气中 O2 氧化生成 Fe3+ ,[Fe(CN)6]4- 与 Fe3+反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色2.5

【解析】(1)古代中国四大发明之一的司南是由天然磁石制成的，磁铁成分主要是四氧化三铁，选c；
(2)①Ⅰ．Fe3O4(s)+CO(g)⇌3FeO(s)+CO2(g)△H1═+19.3kJ•mol-1
Ⅱ.3FeO(s)+H2O(g)⇌Fe3O4(s)+H2(g)△H2═-57.2kJ•mol-1
Ⅲ．C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)△H3═+172.4kJ•mol-1
依据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得到铁氧化物循环裂解水制氢气总反应的热化学方程式；C(s)+H2O(g)═H2(g)+CO(g)△H═+134.5 kJ•mol-1 ；
②i. 当温度低于570℃时，温度降低CO的转化率增大；因为当温度低于570℃时，温度降低，CO的体积百分含量降低，可逆反应Fe3O4+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g) 正向移动，故CO的转化率增大。

ii．高于570°C，随温度升高，反应Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)平衡正向进行，平衡常数的变化趋势增大，1040℃时CO体积分数为20%，结合三行计算列式计算得到平衡浓度，设起始浓度CO为1mol/L，消耗CO浓度为x
        Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)
起始量(mol/L)     1             0
变化量(mol/L)     x            x
平衡量(mol/L)   1-x             x
=20%，x=0.8mol/L，K==4；
(3)①[Fe(CN)6]4-和Fe3+反应生成Fe4[Fe(CN)6]3蓝色沉淀，反应的离子方程式为：3[Fe(CN)6]4-+4Fe3+═Fe4[Fe(CN)6]3↓；
②基于普鲁士蓝合成原理可检测食品中CN-，碱性条件下，Fe2+与CN-结合生成[Fe(CN)6]4-；Fe2+被空气中O2氧化生成Fe3+；[Fe(CN)6]4- 与Fe3+反应生成普鲁士蓝使试纸显蓝色。

(4)若不出现浑浊现象，则c(Fe3+)×C3(OH-)≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有关数据后可求出c(OH-)≤2×10-13mol/L，c(H+)≥0.05mol/L，则加入盐酸的体积至少为=0.0025L=2.5mL。