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。高炉内可能发生的反应：
C（s）+O₂(g)=CO₂(g)              ΔH₁=-393.5kJ/mol         ①
C（s）+ CO₂(g) 2CO(g)       ΔH₂="+172.5" kJ/mol      ②
4CO(g)+Fe₃O₄(s)=4CO₂(g)+3Fe(s)   ΔH₃="-13.7" kJ/mol          ③
请回答下列问题：
（1）  计算3 Fe(s)+2 O₂(g)= Fe₃O₄(s)的ΔH=__________________________。
（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)=0.2mol/L、c(CO₂)=0.05mol/L，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3.6 g。剩下滤液用浓度为2 mol/L的酸性KMnO₄滴定，至终点时消耗KMnO₄溶液体积25.0 mL。
提示：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺    8H⁺+MnO₄^-+5Fe²⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
计算：①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

⑴－1118.3 kJ/mol         ⑵正   （3）①56% ②Fe₅O₇或2Fe₂O₃·FeO

试题分析：（1）根据盖斯定律可知，（①－②）×2－③即得到3 Fe(s)+2 O₂(g)＝Fe₃O₄(s)，所以该反应的ΔH＝（－393.5kJ/mol－172.5 kJ/mol）×2＋13.7 kJ/mol＝－1118.3 kJ/mol 。
（2）当c(CO)=0.2mol/L、c(CO₂)=0.05mol/L，此时＜1.64，说明反应向正反应方向进行。
（3）①n(Fe)＝5n(KMnO₄)＝5×0.025 L×2 mol/L＝0.25 mol
m(Fe)＝0.25 mol×56 g/mol＝14g
ω(Fe)＝14 g÷25 g×100%=56%       
②反应的铜的物质的量n(Cu)＝(10 g－3.6 g)÷64 g/mol＝0.1 mol
n(Fe^3＋)＝0.2 mol
解得：n(Fe^2＋)＝0.05 mol  
该氧化物的化学式可表示为：Fe₅O₇或2Fe₂O₃·FeO
点评：该题是高考中的常见考点和题型，属于中等难度试题的考查，主要是考查学生对盖斯定律和化学计算的熟悉掌握情况，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范答题能力，提升学生的学科素养。