Question

    合成氨工业生产中所用的α—Fe催化剂的主要成分为FeO、Fe₂O₃。

(1)某FeO、Fe₂O₃混合物中，铁、氧的物质的量之比为4:5，其中Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为________。

(2)当催化剂中Fe²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为1:2时，其催化剂活性最高，此时混合物中铁的质量分数为__________________ (保留两位小数)。

(3)写出由C(炭粉)与Fe₂O₃在高温下反应制备α—Fe催化剂的化学方程式(另一种产物可溶于水)：________________。

(4)为制得这种活性最高的催化剂，理论上应向480gFe₂O₃粉末加入炭粉的质量是______g。

Answer

1：1 0.72 2Fe2O3+C4FeO+CO2↑ 6g

【解析】

(1)设FeO、Fe2O3的物质的量分别为xmol、ymol，根据铁、氧的物质的量之比计算出FeO、Fe2O3的物质的量之比，进而确定Fe2+与Fe3+物质的量之比；

(2)设Fe2+与Fe3+物质的量分别为1mol、2mol，计算氧原子物质的量，再根据m=nM计算氧元素质量，进而计算氧化物中Fe元素质量分数；
(3)C(炭粉)会将一部分Fe2O3还原成FeO，同时C(炭粉)被氧化成CO2，据此书写化学方程式；

(4)催化活性最高的催化剂，由(2)可知催化剂中Fe2+与Fe3+物质的量之比为1：2，根据n=计算Fe2O3的物质的量，进而计算催化剂中FeO的物质的量，结合方程式计算需要碳粉的质量。

(1)设FeO、Fe2O3的物质的量分别为xmol、ymol，则（x+2y）mol：（x+3y）mol=4：5，整理可得x：y=2：1，则Fe2+与Fe3+物质的量之比为x：2y=1：1；

(2)设Fe2+与Fe3+物质的量分别为1mol、2mol，则氧原子物质的量为1mol+3mol=4mol，故氧化物中Fe元素质量分数为=0.724≈0.72；

(3)由题给信息知，C（炭粉）会将一部分Fe2O3还原成FeO，同时C（炭粉）被氧化成CO2，故答案为：2Fe2O3+C4FeO+CO2↑；

(4)由于催化剂中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1：2时，其催化剂活性最高，此时反应后的混合物中，FeO、Fe2O3的物质的量之比为1：1，原料480g Fe2O3为3mol，Fe2O3～2FeO，原料中必须有的Fe2O3参加反应，即1mol Fe2O3参加反应，理论上要有0.5mol炭粉反应，即6g炭粉。