Question

我国是个钢铁大国，钢铁产量为世界第一，高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法．高炉内可能发生如下反应：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g），△H₁=-393.5kJ?mol^-1                   ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g），△H₂=+172.5kJ?mol^-1                  ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），△H₃=-13.7kJ?mol^-1       ③
请回答下列问题：
（1）计算3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）的△H=

 

．
（2）800℃时，C（s）+CO₂（g）?2CO（g）的平衡常数K=1.64，相同条件下测得高炉内c（CO）=0.20mol?L^-1、c（CO₂）=0.05mol?L^-1，此时反应向

 

（填“正”或“逆”）方向进行．
（3）某种矿石中铁元素以氧化物Fe_mO_n形式存在，现进行如下实验：将少量铁矿石样品粉碎，称取25.0g样品于烧杯中，加入稀硫酸充分溶解，并不断加热、搅拌，滤去不溶物．向所得滤液中加入10.0g铜粉充分反应后过滤、洗涤、干燥得剩余固体3.6g．剩下滤液用浓度为2mol?L^-1的酸性KMnO₄滴定，至终点时消耗KMnO₄溶液体积25.0mL．
提示：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺      8H⁺+MnO₄^-+5Fe²⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
①计算该铁矿石中铁元素的质量分数．
②计算氧化物Fe_mO_n的化学式（m、n为正整数）．

Answer 1

分析：（1）根据已知热化学方程式结合盖斯定律计算反应热；
（2）计算浓度商，与平衡常数比较，依此判断反应进行的方向；
（3）①参加反应的MnO₄^-的物质的量为2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根据离子方程式计算n（Fe²⁺），根据元素守恒，氧化物中铁元素的质量等于Fe²⁺的质量；
②参加反应的铜的质量为10g-3.6g=6.4g，铜发生反应Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺．由反应可知硫酸与氧化物反应后的溶液中铁离子n（Fe³⁺）=2n（Cu），亚铁离子n（Fe²⁺）=0.25mol-n（Fe³⁺），判断氧化物中铁离子与亚铁离子数目比，据此书写化学式．

解答：解：（1）已知高炉内可能发生如下反应：
C（s）+O₂（g）═CO₂（g），△H₁=-393.5kJ?mol^-1 ①
C（s）+CO₂（g）═2CO（g），△H₂=+172.5kJ?mol^-1 ②
4CO（g）+Fe₃O₄（s）═4CO₂（g）+3Fe（s），△H₃=-13.7kJ?mol^-1 ③
根据盖斯定律：①×2-②×2-③，可得方程3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s），则△H=2△H₁-2△H₂-△H₃=-393.5×2-172.5×2+13.7=-1118.3kJ?mol^-1，
故答案为：-1118.3kJ?mol^-1；
（2）已知C（s）+CO₂（g）?2CO（g），则Qc=

c2(CO)

c(CO2)

=

0．22

0.05

=0.8＜K=1.64，说明反应未达到平衡，所以反应向正方向进行，
故答案为：正；
（3）①参加反应的MnO₄^-的物质的量为2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根据离子方程式可知n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.05mol=0.25mol，根据元素守恒，氧化物中铁元素的质量等于Fe²⁺的质量为0.25mol×56g/mol=14g；所以铁矿石中铁元素的质量分数为

14g

25g

×100%=56%；
故答案为：56%；
②参加反应的铜的质量为10g-3.6g=6.4g，物质的量为

6.4g

64g/mol

=0.1mol，铜发生反应Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺，由反应可知硫酸与氧化物反应后的溶液中n（Fe³⁺）=2n（Cu）=0.2mol，所以n（Fe²⁺）=0.25mol-0.2mol=0.05mol，所以铁的氧化物中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=0.2mol：0.05mol=4：1，故该铁氧化物可表示为2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇，
故答案为：2Fe₂O₃?FeO或Fe₅O₇．

点评：本题考查了盖斯定律的应用，化学平衡的计算，有关方程式的计算等，题目难度中等，侧重于对学生计算能力和分析解决问题的能力的考查．