Question

合成氨工业生产中所用的α­Fe催化剂的主要成为FeO、Fe₂O₃。

(1)某FeO、Fe₂O₃混合物中，铁、氧的物质的量之比4∶5，其中Fe^2＋与Fe^3＋物质的量之比为_____。

(2)当催化剂中Fe^2＋与Fe^3＋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2位小数)。

(3)写出由C(炭粉)与Fe₂O₃在高温下反应制备α­铁触媒的化学方程式(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480 g Fe₂O₃粉末加入炭粉的质量为_____，生成实验条件下CO₂的体积为_____(假设此实验条件下，气体摩尔体积为24 L·mol^-1)。

Answer

1∶1 0.72 2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑ 6 g 12 L

【解析】

（1）由铁、氧的物质的量之比4∶5计算可得；

（2）由催化剂中Fe2＋与Fe3＋的物质的量之比为1∶2计算可得；

（3）由题给信息知，C会将一部分Fe2O3还原成FeO，同时C氧化成CO2；

（4）由题意知，被还原的Fe2O3与未被还原的Fe2O3的物质的量之比为1∶2，480 g Fe2O3中被还原的物质的量为1mol，由此计算可得。

（1）设混合物中FeO、Fe2O3的物质的量分别是a、b，由铁、氧的物质的量之比4∶5可得（a+2b）：（a+3b）=4：5，解得a：b=2：1，则n（Fe2+）∶n（Fe3+）=1∶1，故答案为：1:1；

（2）设Fe2+为1mol，Fe3+为2mol，由题意可知Fe元素的质量为3mol×56g/mol=168g，混合物总质量为1mol×72g/mol+1mol×160g/mol=232g，则Fe元素的质量分数为 =0.72，故答案为：0.72；

（3）由题给信息知，C会将一部分Fe2O3还原成FeO，同时C氧化成CO2，则反应的化学方程式为2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑，故答案为：2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑；

（4）由题意知，被还原的Fe2O3与未被还原的Fe2O3的物质的量之比为1∶2，480 g Fe2O3的物质的量为=3mol，被还原的Fe2O3的物质的量为3mol×=1mol，由方程式可得2Fe2O3~C~CO2，则C的质量为1mol××12g/mol=6g，CO2的体积为1mol××24L/mol=12L，故答案为：6；12。