Question

3．瑞典皇家科学院宣布，将2007年诺贝尔化学奖授予德国马普学会弗里茨-哈伯（Fritz-Haber）研究所的格哈德•埃特尔（Gerhard Ertl）教授，以表彰他在固体表面化学过程研究领域作出的开拓性成就．合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe₂O₃．
（1）某FeO、Fe₂O₃混合物中，铁、氧的物质的量之比为4：5，其中Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为1：1．
（2）当催化剂中Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为1：2时，其催化活性最高，此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为0.724（用小数表示）．
（3）以Fe₂O₃为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量碳粉，发生如下反应：2Fe₂O₃+C═4FeO+CO₂↑，为制得这种催化活性最高的催化剂，应向480g Fe₂O₃粉末中加入碳粉的质量为6 g．

Answer 1

分析 （1）设FeO、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，根据铁、氧的物质的量之比计算出FeO、Fe₂O₃的物质的量之比，进而确定Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比；
（2）设Fe²⁺与Fe³⁺物质的量分别为1mol、2mol，计算氧原子物质的量，再根据m=nM计算氧元素质量，进而计算氧化物中Fe元素质量分数；
（3）催化活性最高的催化剂，由（2）可知催化剂中Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为1：2，根据n=$\frac{m}{M}$计算Fe₂O₃的物质的量，进而计算催化剂中FeO的物质的量，结合方程式计算需要碳粉的质量．

解答 解：（1）设FeO、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，则（x+2y）mol：（x+3y）mol=4：5，整理可得x：y=2：1，则Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为x：2y=1：1，
故答案为：1：1；
（2）设Fe²⁺与Fe³⁺物质的量分别为1mol、2mol，则氧原子物质的量为1mol+3mol=4mol，故氧化物中Fe元素质量分数为$\frac{3mol×56g/mol}{3mol×56g/mol+4mol×16g/mol}$=0.724，故答案为：0.724；
（3）催化活性最高的催化剂，由（2）可知催化剂中Fe²⁺与Fe³⁺物质的量之比为1：2，Fe₂O₃的物质的量为$\frac{480g}{160g/mol}$=3mol，故催化剂中FeO的物质的量3mol×2×$\frac{1}{3}$=2mol，由方程式可知需要碳粉质量为2mol×$\frac{1}{4}$×12g/mol=6g，故答案为：6．

点评 本题考查混合物有关计算，涉及物质的量计算，侧重考查学生分析计算能力，难度不大．