Question

【題目】鐵及其化合物在生產、生活中有廣泛的應用。

(1)復合氧化物鐵酸錳(MnFe2O4)可用于熱化學循環分解制氫氣，原理如下：

①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4－x)(s)＋x/2O2(g)　ΔH1

②MnFe2O(4－x)(s)＋xH2O(g)===MnFe2O4(s)＋xH2(g)　ΔH2

③2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH3

則：ΔH3與ΔH1、ΔH2的關系為ΔH3＝________。

(2)納米鐵是重要的儲氫材料，可用下列反應制得：Fe(s)＋5COFe(CO)5(g)　ΔH<0。在1 L恒容密閉容器中加入足量鐵粉和0.5 mol CO，在T1、T2不同溫度下進行反應，測得c(CO)與溫度、時間的關系如圖1所示。

①T1________(填“>”或“<”)T2。

②T2溫度下，上述反應的平衡常數K＝________(結果不要求帶單位)。

(3)高鐵酸鉀(K2FeO4)被人們稱為“綠色化學”凈水劑。高鐵酸鉀在酸性至弱堿性條件下不穩定。

①工業上用KClO與Fe(NO3)3溶液反應制得K2FeO4，反應的離子方程式為____________________。制備K2FeO4時，KClO飽和溶液與Fe(NO3)3飽和溶液混合的操作為________________________。

②已知K2FeO4在水解過程中鐵元素形成的微粒分布分數與pH的關系如圖所示。

向pH＝6的溶液中加入KOH溶液，發生反應的離子方程式為____________________________________。

(4)電解法可制得K2FeO4，裝置如圖所示。陽極的電極反應式為________。

Answer 1

【答案】2(ΔH1+ΔH2)/x > 8×103 3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O 在攪拌下，將Fe(NO3)3飽和溶液緩慢滴加到KClO飽和溶液中 HFeO4-＋OH－===FeO42-＋H2O Fe－6e－＋8OH－===FeO42-＋4H2O

【解析】

(1)根據蓋斯定律結合熱化學方程式計算可得ΔH3與ΔH1、ΔH2的關系；

(2) ①該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，CO的濃度增大，以此判斷；

②根據圖中數據，列出三段式，找出平衡濃度，根據K＝計算；

(3)①ClO-與Fe3+反應生成FeO42-，ClO-被還原為Cl-，根據得失電子守恒和電荷守恒及原子守恒寫出反應的離子方程式；

制備K2FeO4時，K2FeO4在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發生分解，應把Fe（NO3）3飽和溶液滴加到KClO溶液中；

②由圖可知，pH＝6時溶液主要存在HFeO4-，加入KOH溶液發生中和，以此寫出該反應的離子方程式；

(4)鐵是陽極失去6個電子生成FeO42-，據此書寫陽極反應式。

(1) 已知：①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4－x)(s)＋x/2O2(g)　ΔH1

②MnFe2O(4－x)(s)＋xH2O(g)===MnFe2O4(s)＋xH2(g)　ΔH2

③2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH3

由熱化學方程式結合蓋斯定律，將反應①2+②2可得2xH2O(g)===2xH2(g)＋xO2(g) ΔH=

2(ΔH1+ΔH2)，反應③x可以得到相同的熱化學方程式，則有ΔH3＝2(ΔH1+ΔH2)/x。

故答案為：2(ΔH1+ΔH2)/x；

(2) ①該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，平衡時CO的濃度增大，由圖可知，T2時CO平衡濃度小于T1時，則T1>T2。

②T2溫度下，

Fe(s)＋5COFe(CO)5(g)

起始（mol/L） 0.5 0

轉化（mol/L） 0.4 0.08

平衡（mol/L） 0.1 0.08

平衡常數K＝==8×103，

故答案為：> ；8×103；

(3)①ClO-與Fe3+反應生成FeO42-，ClO-被還原為Cl-，根據得失電子守恒和電荷守恒及原子守恒可得反應的離子方程式為3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O；

制備K2FeO4時，K2FeO4在Fe3+和Fe（OH）3催化作用下發生分解，應把Fe（NO3）3飽和溶液滴加到KClO溶液中，具體操作為：在攪拌下，將Fe(NO3)3飽和溶液緩慢滴加到KClO飽和溶液中；

故答案為：3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO42-＋3Cl－＋5H2O；在攪拌下，將Fe(NO3)3飽和溶液緩慢滴加到KClO飽和溶液中；

②由圖可知，pH＝6時溶液主要存在HFeO4-，加入KOH溶液發生中和，反應的離子方程式為HFeO4-＋OH－===FeO42-＋H2O，

故答案為：HFeO4-＋OH－===FeO42-＋H2O；

(4)鐵是陽極失去6個電子，因此陽極電極反應式為Fe－6e－＋8OH－＝FeO42－＋4H2O，

故答案為：Fe－6e－＋8OH－===FeO42-＋4H2O。