Question

2．铁及其化合物在生产、生活中有广泛应用．请回答下列问题：
（一）高炉炼铁过程中发生的主要反应为：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：

温度/℃	1000	1115	1300
平衡常数	4.0	3.7	3.5

（1）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）欲提高上述反应中CO的平衡转化率，可采取的措施是B．
A．提高反应温度                    B．移出部分CO₂
C．加入合适的催化剂                D．减小容器的容积
（3）在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，此时υ_正＞υ_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．经过10min，在1000℃达到平衡，则该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）=0.008 mol/（L•min）．
（二）高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂．
（4）一定条件下Fe（OH）₃与KClO在KOH溶液中反应可制得K₂FeO₄，其中反应的氧化剂是KClO；生成0.5mol K₂FeO₄转移电子的物质的量是1.5mol．
（5）从环境保护的角度看，制备K₂FeO₄较好的方法为电解法，其装置如图所示．电解过程中阳极的电极反应式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （一）（1）化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写，注意固体、纯液体的浓度为常数，不需要写固体、纯液体；由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，故升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应；
（2）提高CO的平衡转化率，应使平衡向正反应移动，但不能增大CO的用量，结合选项根据平衡移动原理分析；
（3）依据浓度商计算和平衡常数比较分析平衡移动方向；令平衡时CO的物质的量变化为nmol，利用三段式表示出平衡时CO、CO₂的物质的量，化学计量数都是1，利用物质的量代替浓度代入平衡常数计算n的值，进而计算CO₂的浓度变化量，利用v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
（二）（4）得电子化合价降低的反应物是氧化剂，根据高铁酸钾和转移电子之间的关系式计算；
（5）电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，据此书写电极反应方程式．

解答 解：（一）（1）平衡常数指：生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，固体、纯液体的浓度为常数，所以反应：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）的平衡常数k=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$，由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，故升高温度平衡向逆反应移动，正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$；＜；
（2）A．该反应正反应是放热反应，提高反应温度，平衡向逆反应移动，CO的平衡转化率降低，故A错误；
B．移出部分CO₂平衡向正反应移动，CO的平衡转化率增大，故B正确；
C．加入合适的催化剂平衡不移动，故C错误；
D．反应前后气体的物质的量不变，减小容器的容积，增大压强平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故D错误；
故选B；
（3）在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，依据浓度商Q=1＜K=4，说明反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率；
令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：
         $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
开始（mol）：1                0
变化（mol）：n                n
平衡（mol）：1-n              n
所以K=$\frac{n}{1-n}$=4，解得n=0.8，
所以υ（CO₂）=$\frac{0.8mol}{\frac{10L}{10min}}$=0.008 mol/（L•min），
故答案为：＞；0.008 mol/（L•min）；
（二）（4）该反应中，铁元素的化合价由+3价变为+6价，氯元素化合价由+1价变为-1价，所以氢氧化铁是还原剂，次氯酸钾是氧化剂，生成0.5mol K₂FeO₄转移的电子的物质的量=0.5mol×（6-3）=1.5mol，
故答案为：KClO；1.5；
（5）Na₂FeO₄能消毒、净水的原因高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成Fe³⁺形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用，电解时阳极Fe失电子发生氧化反应，电极反应方程式为Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查平衡常数和平衡的移动等，掌握化学平衡常数的表达式的书写和平衡移动的原理应用是解答的关键，注意掌握化学平衡常数的应用：用来判断反应进行的程度，判断反应的热效应，判断反应进行的方向，用来计算物质的转化率，题目难度中等．