Question

2．铁及其化合物有重要用途．

（1）①FeS0₄可转化为FeCO₃，FeC0₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料．
己知 25℃，lOlkPa时：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂0₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1
C（s）+0₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=2FeCO₃（s）△H=-1480kJ•mol^-1
①Fe0₃在空气中加热反应生成Fe₂0₃的热化学方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol
②FeS0₄在一定条件下可制得FeS₂（二硫化亚铁）纳米材料，该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极反应式是FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-
（2）铁的氧化物应用于由CO₂制取C的太阳能工艺中，如图1所示
①“热分解系统”发生的反应为2Fe₃0₄═6Fe0+0₂↑，每分解1molFe₃0₄转移电子的物质的量为2mol
②“重整系统”发生反应的化学方程式为6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C
（3）Fe₂0₃用CO还原焙烧的过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图2所示．
（图3中I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的：A、B、C、D四个区域分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe稳定存在的冈域）
①800℃时’混合气体中CO₂体积分数为40%时，Fe₂O₃用CO还原焙烧反应的化学方程式为Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂
②据图分析，下列说法正确的是AC（填字母）．
A．温度低于570℃时，Fe₂0₃还原焙烧的产物中不含FeO
B．温度越高，Fe₂O₃还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高
C．Fe₂O₃还原焙烧过程中及时除去CO₂有利于提高Fe的产率．

Answer 1

分析 （1）①发生反应：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式；
②电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-；
（2）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，结合元素化合价以及方程式计算；
②由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe₃O₄和C；
（3）①800℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，图象分析可知Fe₂O₃用CO还原得到氧化亚铁和一氧化碳；
②A．由图可知，FeO在C区稳定，对应的温度高于570℃；
B．铁元素的质量分数由高到低为：Fe＞FeO＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃，对于反应II知，升高温度时，CO₂的质量分数减小，即升温平衡逆向移动，FeO转化成Fe₃O₄，F铁元素的质量分数减小，所以含量不仅与T有关，还与CO气体的比例有关；
C．分离CO₂可使四个反应的平衡均正向移动，有利于Fe含量的增加．

解答 解：（1）①发生反应：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根据盖斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反应热化学方程式为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
②电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-，正极电极反应式为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-；
（2）①反应2Fe₃O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$6FeO+O₂↑中O元素化合价由-2价升高到0价，由方程式可知，2molFe₃O₄参加反应，生成1mol氧气，转移4mol电子，则每分解lmolFe₃O₄转移电子的物质的量为2mol，
故答案为：2mol；
②由示意图可知，重整系统中CO₂和FeO反应生成Fe₃O₄和C，反应的方程式为6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C，
故答案为：6FeO+CO₂═2Fe₃O₄+C；
（3）①800℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，由图可知，“800℃、CO₂体积分数为40%”时，在C区，此时为FeO的稳定区域，故产物为FeO，Fe₂O₃用CO还原得到氧化亚铁和一氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂，
故答案为：Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2FeO+CO₂；
②A．由图可知，FeO在C区稳定，对应的温度高于570℃，故A正确；
B．铁元素的质量分数由高到低为：Fe＞FeO＞Fe₃O₄＞Fe₂O₃，对于反应II知，升高温度时，CO₂的质量分数减小，即升温平衡逆向移动，FeO转化成Fe₃O₄，F铁元素的质量分数减小，所以含量不仅与T有关，还与CO气体的比例有关，故B错误；
C．分离CO₂可使四个反应的平衡均正向移动，有利于Fe含量的增加，故C正确，
故答案为：AC．

点评 本题较为综合，涉及氧化还原、化学平衡移动以及原电池反应等知识，考查了学生分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．注意电极正负极的判断以及反应式的书写，注意燃料电池的负极上是燃料发生失电子的氧化反应．