Question

铁及其化合物在生产、生活中应用广泛。

(1)已知: ①3Fe(s)+4H₂O(g)=Fe₃O₄(s)+4H₂(g) △H₁=a kJ·mol^-1；

②2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(1)  △H₂=b kJ·mol^-1

③H₂O(g)=H₂O(l)  △H₃=c kJ·mol^-1

则3Fe(s)+2O₂(g))=Fe₃O₄(s)△H=_________kJ·mol^-1(用含 a、b、c 的代数式表示)。

(2)活性铁粉是合成氨气的催化剂。工业合成氨的原理为N₂+3H₂2NH₃ △H<0

①工业采用“高压”一般为20～50MPa，温度为 500℃。采用“温度为 500℃”的目的是____________；    

②氨气是合成氮肥的重要原料。常温下，0.1mol·L^-1(NH₄)₂SO₄溶液中离子浓度大小排序为___________；    

③常温下，向a mL c mol·L^-1氨水中滴加b mL c mol·L^-1稀硝酸恰好至溶液pH=7(溶液体积变化忽略不计)，则NH₃·H₂O的电离常数K_b=___；

(3)工业上用热还原法冶炼铁。在密闭容器中，投人足量的 FeO 粉末和炭粉，在一定温度下发生反应：FeO(s)+C(s)⇌Fe(s)+CO(g)   △H>0；

①若容积恒定，则下列情况表明上述反应达到平衡状态的是___________(填代号)

A．FeO 的浓度不再改变  B．气体相对分子质量不再改变  C．气体密度不再改变  D．铁粉的质量不再改变

②在该温度下，上述反应达到平衡时c(CO)=a mol·L^-1，则该反应的平衡常数为________；在温度不变时，将容器体积扩大至原来的4倍，则达到新平衡时，c(CO)为_____________。

Answer

a+2b-4c 温度太低反应速率慢，温度太高不利于氨气的合成 c(NH4+)＞c(SO42-)＞c(H+)＞c(OH-) D a a mol·L-1

【解析】

(1)根据盖斯定律计算；

(2)结合温度对平衡移动的影响、反应速率分析解答；结合盐类水解知识解答；结合电荷守恒、物料守恒分析解答；

(3)结合化学平衡状态的特征判断；结合平衡常数K的表达式判断。

(1)已知：①3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g)△H1=a kJ·mol-1；

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)△H2=b kJ·mol-1

③H2O(g)=H2O(l)△H3=c kJ·mol-1

结合盖斯定律，①+2×②-4×③得：3Fe(s)+2O2(g))=Fe3O4(s)，所以△H=△H1+2△H2-4△H3=a kJ·mol-1+2b kJ·mol-1-4ckJ·mol-1=(a+2b-4c)kJ·mol-1，故答案为：a+2b-4c；

(2)①合成氨反应的△H＜0，温度太低反应速率慢，温度太高不利于氨气的合成，故温度为500℃，故答案为：温度太低反应速率慢，温度太高不利于氨气的合成；

②(NH4)2SO4溶液中NH4+会部分水【解析】
NH4++H2ONH3·H2O+H+，溶液显酸性，但水解是微弱的，所以0.1mol·L(NH4)2SO4溶液中离子浓度大小排序为：c(NH4+)＞c(SO42-)＞c(H+)＞c(OH-)，故答案为：c(NH4+)＞c(SO42-)＞c(H+)＞c(OH-)；

③反应所得溶液中c(NO3-)=，pH=7，c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，结合电荷守恒：c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)+c(NO3-)，c(NH4+)=c(NO3-)=，结合物料守恒c(NH4+)+c(NH3·H2O)=得：c(NH3·H2O)=-c(NH4+)=-=，所以，NH3·H2O的电离常数Kb===，故答案为：；

(3)①FeO(s)+C(s)⇌Fe(s)+CO(g) △H>0：

A．FeO是纯固体，没有浓度，不能说明反应已平衡，A不满足题意；

B．反应中气体只有CO，无论反应是否达到平衡，气体相对分子质量都不变，即气体相对分子质量不再改变，不能说明反应已平衡，B不满足题意；

C．容积V恒定，结合ρ=可知，密度ρ不变，则气体质量m不变，即CO的质量不再改变，说明反应已平衡，C满足题意；

D．铁粉为生成物，若反应没有平衡，则铁粉的质量会增加，铁粉的质量不再改变，说明反应已达平衡，D满足题意；

故答案为：CD。

②平衡常数K=c(CO)=a mol·L-1，温度不变，K不变，所以c(CO)不变，即c(CO)=a mol·L-1，故答案为：a；a mol·L-1。