Question

【題目】工業上利用鐵的氧化物在高溫條件下循環裂解水制氫氣的流程如下圖所示。

(1)反應I的化學方程式為：Fe3O4(s)+CO(g)3FeO(s)+CO2(g)，反應Ⅱ的化學方程式為_________，對比反應I、Ⅱ，鐵的氧化物在循環裂解水制氫氣過程中的作用是_________。用化學方程式表示反應I、Ⅱ、Ⅲ的總結果：_________。

(2)反應III為：CO2(g)+C(s)2CO(g) H>0。為了提高達平衡后CO的產量，理論上可以采取的合理措施有_________(任寫一條措施)。

(3)上述流程中鐵的氧化物可用來制備含有Fe3+的刻蝕液，用刻蝕液刻蝕銅板時，可觀察到溶液顏色逐漸變藍，該反應的離子方程式為_________。刻蝕液使用一段時間后會失效，先加酸，再加入過氧化氫溶液，可實現刻蝕液中Fe3+的再生，該反應的離子方程式為_________。

(4)上述流程中碳的氧化物可用來制備碳酰肼[CO(NHNH2)2，其中碳元素為+4價]。加熱條件下，碳酰肼能將鍋爐內表面銹蝕后的氧化鐵轉化為結構緊密的四氧化三鐵保護層，并生成氮氣、水和二氧化碳。該反應的化學方程式為_________。

Answer 1

【答案】3FeO（s）+H2O(l) H2（g）+Fe3O4（s） 催化劑 C（s）+H2O（g）=CO(g)+H2（g）(方程不寫狀態，寫可逆號亦可) 升高溫度，減小壓強，移走CO，加入CO2等 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ H2O2+2Fe2++2H+=2H2O+2Fe3+ CO(NHNH2)2+12Fe2O38Fe3O4+2N2↑+CO2↑+3H2O

【解析】

（1）由流程圖可獲取化學反應的反應物和生成物相關信息，再結合原子守恒和電子守恒進行分析解答；

（2）反應III為：CO2（g）+C（s）2CO（g） ΔΗ>0，該反應正反應為一個氣體分子數目增多的吸熱反應，提高達平衡后CO的產量，則需要促使平衡正向移動，由化學平衡移動原理分析解答；

（3）用刻蝕液刻蝕銅板時的反應為：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，刻蝕液中Fe3+的再生，即將亞鐵離子氧化又生成鐵離子，由此解答；

（4）由題給信息分析出該反應的反應物和生成物，再結合氧化還原反應方程式的配平方法可解答。

（1）由流程圖可知反應II的反應物為FeO（s）和H2O(g)，生成物為H2（g）和Fe3O4（s），配平可得方程式3FeO（s）+H2O(g)H2（g）+Fe3O4（s）；反應I為：Fe3O4(s)+CO(g) 3FeO(s)+CO2(g)，反應II為：3FeO（s）+H2O(g)H2（g）+Fe3O4（s），綜合兩反應可知鐵的氧化物雖然參與了反應，但在反應前后并沒有發生變化，起到催化劑的作用；由流程圖可知，整個過程的反應物為C（s）和H2O（g），生成物為CO(g)和H2（g），則反應I、II、III的總結果為：C（s）+H2O（g）CO(g)+H2（g）；故答案為：3FeO（s）+H2O(g) H2（g）+Fe3O4（s）、催化劑、C（s）+H2O（g）CO(g)+H2（g）(方程不寫狀態，寫可逆號亦可) ；

（2）反應III為：CO2（g）+C（s）2CO（g） ΔΗ>0，該反應正反應為一個氣體分子數目增多的吸熱反應，提高達平衡后CO的產量，則需要促使平衡正向移動，由化學平衡移動原理可知；在其它條件不變時，升高溫度、減小壓強、移走CO或加入CO2等都可使平衡正向移動，提高達平衡后CO的產量，故答案為：在其它條件不變時，升高溫度、減小壓強、移走CO或加入CO2等（任寫一條措施）；

（3）用刻蝕液刻蝕銅板時，可觀察到溶液顏色逐漸變藍，是因為生成了Cu2+，發生的離子反應為：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；在酸性條件下，雙氧水可將Fe2+氧化生成Fe3+，從而實現刻蝕液的再生，發生的離子反應為：H2O2+2Fe2++2H+=2H2O+2Fe3+；故答案為：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；H2O2+2Fe2++2H+=2H2O+2Fe3+；

（4）由題給信息可知該反應的反應為：CO(NHNH2)2和Fe2O3，生成物有Fe3O4、N2、CO2、H2O等，由氧化還原反應的規律配平可得方程式CO(NHNH2)2+12Fe2O38Fe3O4+2N2↑+CO2↑+3H2O；故答案為：CO(NHNH2)2+12Fe2O38Fe3O4+2N2↑+CO2↑+3H2O。