Question

铁及其化合物在工农业生产中有重要的作用。

（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g) △H₁=-393.5kJ/mol

②C(s)+CO₂(g)=2CO(g) △H₂=+172.5kJ/mol

③4Fe(s)+3O₂(g)=2Fe₂O₃(g) △H₃=-1651.0kJ/mol

CO还原氧化铁的热化学方程式为_______________________。

（2）高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、H₂、CO₂等气体，利用CO和H₂在催化剂作用下合成甲醇，是减少污染、节约能源的一种新举措，反应原理如下：CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g) △H 。在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充入1molCO和2moL H₂，测得平衡混合物中CH₃OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如下图。

①在上图A、B、C三点中，选填下表物理且对应最大的点。

反应速率	平衡常数K	平衡转化率a
_________	_________	_________

②在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH₃OH，该反应向_________方向进行（城“正反应”、‘逆反应”或“不移动”）。

③一定温度下，CO的转化率与起始投料比[n(H₂)/n(CO)]的变化关系如图所示，测得D点氢气的转化率为40%，则x=_____________。

（3）三氯化铁是一种重要的化合物，可以用来腐蚀电路板。某腐蚀废液中含有0.5mol·L^-1Fe³⁺和0.26mol·L^-1的Cu²⁺，欲使Fe³⁺完全沉淀[ c(Fe³⁺)≤4×l0^-19]而Cu2+不沉淀，则需控制溶液pH的范围为_________。[KspCu(OH)₂=2.6×l0^-19；KspFe(OH)₃=4×l0^-38〕

（4）高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，工业上通过电解浓NaOH 溶液可制备Na₂FeO₄，然后转化为K₂FeO₄，电解原理如下图所示。

则A溶液中溶质的成分为___________________（填化学式）；阳极的电极反应式为_____________

Answer

Fe2O3（s）+3CO（g）== 2Fe（s）+3CO2（g）△H=-23.5 kJmol-1 C AB A 正反应 3 3 ≤ pH ≤ 5 NaOH Fe- 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O

【解析】(1)已知：①C(s)+O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol，②C(s)+CO2(g)=2CO(g) △H2=+172.5kJ/mol ，③4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(g) △H3=-1651.0kJ/mol，根据盖斯定律由①× -②× -③×可得Fe2O3(s)+3CO(g)== 2Fe(s)+3CO2(g)，则△H=(-393.5kJ/mol)× -(+172.5kJ/mol)× -(-1651.0kJ/mol)×=-23.5 kJmol-1 ，故

CO还原氧化铁的热化学方程式为Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=-23.5 kJmol-1 ；

(2)①由图可知，升高温度，CH3OH的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应的△H＜0，300℃时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以p1＞p2，温度越高反应速率越快，反应速率最高的为C点，温度升高平衡逆向移动，则化学平衡常数减小，则AB点平衡常数相等且大于C点；温度高反应物的转化率降低，压强增大反应物的转化率升高，则A点为低温高压，故A点转化率最高；

② CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)

起始时(mol)1 2 0

变化(mol) 0.5 1 0.5

平衡(mol) 0.5 1 0.5

现在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2和0.25mol的CH3OH，相当于恒容条件下将两个平衡状态相加，平衡向体积减小的方向进行，即正向进行；

③D点时H2的转化率为40%，CO的转化率为60%，设起始时H2为amol，变化量为0.4amol，CO超始量为bmol，变化量为0.6bmol，则0.4amol：0.6bmol=2:1，则a:b=3:1，则x=[n(H2)/n(CO)]=a:b=3:1=3；

(3)根据KspFe(OH)3=4×l0-38，当Fe3+完全沉淀[ c(Fe3+)≤4×l0-5]时c(OH-)==10-11mol/L，此时溶液pH=3，当Cu2+开始沉淀时，根据KspCu(OH)2=2.6×l0-19，c(OH-)==10-9mol/L，此时溶液pH=5，则需控制溶液pH的范围为3 ≤ pH ≤ 5 ；

(4)电解池的左侧连接电源负极为阴极，电解池工作时阴极发生还原反应，溶液中的H+(来源于水的电离)生成H2，促进水的电离产物大量OH-，OH-不能透过阳离子交换膜进入阳极室，则A流出的溶液为NaOH；阳极发生氧化反应，Fe失电子在碱性条件下被氧化为FeO42-，电极反应式为Fe- 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O。