5.
碳酸亚铁\(\rm{(FeCO_{3})}\)是菱铁矿的主要成分,将\(\rm{FeCO_{3}}\)加热到\(\rm{200℃}\)开始分解为\(\rm{FeO}\)和\(\rm{CO_{2}}\),若在空气中高温煅烧\(\rm{FeCO_{3}}\)则生成\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)。
I.已知\(\rm{25℃}\),\(\rm{101kPa}\)时:\(\rm{4Fe(s) + 3O_{2}(g)}\)\(\rm{2Fe_{2}O_{3}(s)}\) \(\rm{=-1648kJ⋅mol^{-1}}\)
\(\rm{C(s) + O_{2}(g)}\)\(\rm{CO_{2}(g)}\) \(\rm{=-393kJ⋅mol^{-1}}\)
\(\rm{2FeCO_{3}(s)}\)\(\rm{2Fe(s) + 2C(s) + 3O_{2}(g)}\) \(\rm{= +1480kJ⋅mol^{-1}}\)
\(\rm{(1)}\)请写出\(\rm{FeCO_{3}}\)在空气中煅烧生成\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)的热化学方程式 。
\(\rm{II.}\)生成的\(\rm{FeO}\)和\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)在一定条件下被还原为金属铁。
\(\rm{(2)}\)据报道,一定条件下\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁。其反应为:
\(\rm{Fe_{2}O_{3}(s) + 3CH_{4}(g)=2Fe(s) + 3CO(g) + 6H_{2}(g)}\) \(\rm{Δ}\)\(\rm{H}\)\(\rm{ > 0}\)
\(\rm{①}\)原子序数为\(\rm{26}\)的铁元素位于元素周期表的第 周期。
\(\rm{②}\)反应在\(\rm{5L}\)的密闭容器中进行,\(\rm{2min}\)后达到平衡,测得\(\rm{Fe_{2}O_{3}}\)在反应中质量消耗\(\rm{4.8g}\)。则该段时间内用\(\rm{H_{2}}\)表达的平均反应速率为 。
\(\rm{③}\)将一定量的\(\rm{Fe_{2}O_{3}(s)}\)和一定量的\(\rm{CH_{4}(g)}\)置于恒温恒容容器中,在一定条件下反应,能表明该反应达到平衡状态的是 。
\(\rm{a.CH_{4}}\)的浓度与\(\rm{CO}\)的浓度之比为\(\rm{1:1}\) \(\rm{b.}\)混合气体的密度不变
\(\rm{c.}\)\(\rm{v}\)\(\rm{{\,\!}_{正}(CO)}\):\(\rm{v}\)\(\rm{{\,\!}_{逆}(H_{2})=2︰1}\) \(\rm{d.}\)固体的总质量不变
\(\rm{(3)FeO}\)可用\(\rm{CO}\)进行还原,已知:\(\rm{t}\)\(\rm{℃}\)时, \(\rm{FeO(s) +CO(g)}\)\(\rm{Fe(s) +CO_{2}(g)}\) \(\rm{K}\)\(\rm{=0.5}\)
若在\(\rm{1 L}\)密闭容器中加入\(\rm{0.04 mol FeO(s)}\),并通入\(\rm{x}\)\(\rm{molCO}\),\(\rm{t}\)\(\rm{℃}\)时反应达到平衡。此时\(\rm{FeO(s)}\)的转化率为\(\rm{50\%}\),则\(\rm{x}\)\(\rm{=}\) 。
\(\rm{III.Fe_{2}O_{3}}\)还可用来制备\(\rm{FeCl_{3}}\),\(\rm{FeCl_{3}}\)在水溶液中的水解分三步:
\(\rm{Fe^{3+}+ H_{2}O}\)\(\rm{Fe(OH)^{2+}+ H^{+\;\;}}\) \(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{1}}\)
\(\rm{{\,\!}Fe(OH)^{2+}+ H_{2}O}\)\(\rm{Fe(OH)_{2}^{+}+ H^{+\;\;}}\) \(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)
\(\rm{Fe(OH)_{2}^{+}+ H_{2}O}\)\(\rm{Fe(OH)_{3}+ H^{+}}\) \(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{3}}\)
\(\rm{(4)}\)以上水解反应的平衡常数\(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{1}}\)、\(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{2}}\)、\(\rm{K}\)\(\rm{{\,\!}_{3}}\)由大到小的顺序是 。
通过控制条件,以上水解产物聚合生成聚合物的离子方程式为:
\(\rm{x}\)\(\rm{Fe^{3+}+}\)\(\rm{y}\)\(\rm{H_{2}O}\)\(\rm{Fe}\)\(\rm{{\,\!}_{x}}\)\(\rm{(OH)(3}\)\(\rm{x}\)\(\rm{-}\)\(\rm{y}\)\(\rm{)+}\) \(\rm{y}\)\(\rm{+}\)\(\rm{y}\)\(\rm{H^{+}}\)
\(\rm{{\,\!}}\)欲使平衡正向移动可采用的方法是 \(\rm{(}\)填字母\(\rm{)}\)
\(\rm{a.}\)加水稀释 \(\rm{b.}\)加入少量\(\rm{NaCl}\)固体 \(\rm{c.}\)降温 \(\rm{d.}\)加入少量\(\rm{Na_{2}CO_{3}}\)固体