Question

氧化鐵在工業上具有廣泛的應用。
I．據報道，一定條件下利用FeO₂與甲烷反應可制取“納米級”的金屬鐵。其反應如下：
Fe₂O₃(s)＋3CH₄(g)＝2Fe(s)＋3CO(g)＋6H₂(g) △H＞0
（1）若反應在2L的密閉容器中進行，5min后達到平衡，測得反應生成Fe的質量為l.12g。則該段時間內CH₄的平均反應速率為 ________________。
（2）反應達到平衡后，保持其他條件不變，僅改變某一相關元素，下列說法正確的是___(選填序號)。
a．若加入催化劑，v_正增大，平衡向右移動
b．若溫度升高，平衡常數K減小
c．若增大Fe₂O₃的量，平衡向右移動
d．若從反應體系中移走部分CO，可提高CH₄的轉化率
Ⅱ．工業上利用硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe₂O₃、A1₂O₃、SiO₂等)為原料提取Fe₂O₃，工藝
流程如下：試回答下列問題：
 
（3）步驟i燒渣中A1₂O₃溶解的離子方程式為________________。
（4）步驟i、ⅱ、ⅲ都要進行的操作名稱是__________________。
（5）結合下圖，判斷步驟ⅱ中調節溶液的pH不高于_________________。

（6）已知

計算反應Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常數為_______。
（7）在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵的化學方程式為____________。
（8）結合所學化學知識，請你設計在實驗室里從上述的硫鐵礦燒渣中提取氧化鐵的另一種簡單方案。

Answer 1

（1）0.003mol/(L·min)沒有單位扣1分）
（2）d
（3）Al₂O₃＋6H^＋＝2Al^3＋＋3H₂O
（4）過濾
（5）7
（6）4.06×10⁶或4．1×10⁶
（7）4FeCO₃＋O₂2Fe₂O₃＋4CO₂
（8）取少量硫鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液，攪拌、過濾、洗滌、烘干（答案合理即可得分）

試題分析：I．（1）5min后達到平衡，測得反應生成Fe的質量為l.12g，物質的量是1.12g÷56g/mol＝0.02mol。因此根據方程式可知消耗甲烷的物質的量是0.03mol，其濃度是0.015mol/L，所以用甲烷表示的反應速率是0.015mol/L÷5min＝0.003mol/(L·min)。
（2）a．加入催化劑，正逆反應速率均增大，平衡不移動，a不正確；b．正方應是吸熱反應，因此若溫度升高，平衡向正反應方向移動，所以平衡常數K增大，b不正確；c．氧化鐵是固體，因此若增大Fe₂O₃的量，平衡不移動，c不正確；d．若從反應體系中移走部分CO，降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，因此可提高CH₄的轉化率，d正確，答案選d。
Ⅱ．（3）A1₂O₃溶解在稀硫酸中反應的離子方程式為Al₂O₃＋6H^＋＝2Al^3＋＋3H₂O。
（4）步驟i、ⅱ、ⅲ中都產生不溶性固體，因此都要進行的操作名稱是過濾。
（5）根據圖像可知，亞鐵離子開始沉淀時的pH值是7，所以要得到碳酸亞鐵，則溶液的pH不能高于7，因此步驟ⅱ中調節溶液的pH不高于7。
（6）反應Fe^2＋(aq)＋2HCO₃^－(aq)FeCO₃(s)＋H₂CO₃(aq)的平衡常數K＝＝＝＝＝4.06×10⁶。
（7）根據原子守恒可知，在空氣中煅燒FeCO₃生成氧化鐵的同時還有CO₂生成，因此反應的化學方程式為4FeCO₃＋O₂2Fe₂O₃＋4CO₂。
（8）由于氧化鋁與二氧化硅均能和氫氧化鈉溶液反應，而氧化鐵與氫氧化鈉溶液不反應，因此要提取氧化鐵的實驗方案可設計為取少量硫鐵礦燒渣，加入足量熱的濃氫氧化鈉溶液，攪拌、過濾、洗滌、烘干。