Question

18．鐵在工業(yè)和生活中都具有非常重要的應(yīng)用．某含鐵化合物W，為探究其成分，化學(xué)興趣小組的同學(xué)取化合物W粉末進(jìn)行試驗．經(jīng)組成分析，該粉末除Fe外還有O和另一未知元素共三種元素．另取2.22g化合物W的粉末溶于適量稀硫酸，向反應(yīng)后的溶液中加入含有3.20gNaOH的溶液，恰好完全反應(yīng)．過濾，將洗滌后的沉淀充分灼燒，得到紅棕色粉末1.60g；將所得濾液在一定條件下蒸發(fā)灼燒可得到一種純凈的不含結(jié)晶水的鹽7.10g．請回答：
（1）則另一未知元素為Na（填化學(xué)式）．
（2）①該化合物W的化學(xué)式為NaFeO₂．
②該化合物W與適量稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式2NaFeO₂+4H₂SO₄=Na₂SO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（3）草酸鈷是廣泛應(yīng)用于磁性材料、電池材料、及超硬材料等領(lǐng)域．某研究小組在實驗室探究CoC₂O₄分解反應(yīng)的平衡常數(shù)．將一定量純凈的CoC₂O₄粉末置于特制的密閉真空容器中（假設(shè)容器體積不變，固體試樣體積忽略不計），在恒定溫度下使其達(dá)到分解的平衡：CoC₂O₄（s）?CoO（s）+CO（g）+CO₂（g），實驗測得不同溫度下的平衡數(shù)據(jù)列于下表：

溫度（℃）	240	250	260	270
平衡總壓強(qiáng)/kPa	5.7	8.3	12.0	17.1
平衡氣體總濃度/ mol•L-1	2.4×10-3	3.4×10-3	4.8×10-3	6.8×10-3

由表中數(shù)據(jù)，列式計算250℃時CoC₂O₄分解平衡常數(shù)2.89×10^-6．該反應(yīng)的焓變△H＞0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（4）溫度加熱至350℃，CO₂的體積分?jǐn)?shù)開始發(fā)生變化，體積分?jǐn)?shù)和溫度的關(guān)系如下：

試畫出CO的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線．

Answer 1

分析 得到紅棕色粉末1.60g，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol，蒸發(fā)灼燒可得到一種純凈的不含結(jié)晶水的鹽7.10g，由反應(yīng)物、生成物及元素守恒可知，該無水鹽為Na₂SO₄，則n（Na₂SO₄）=$\frac{7.10g}{142g/mol}$=0.05mol，反應(yīng)后的溶液中加入含有3.20gNaOH的溶液，n（NaOH）=$\frac{3.20g}{40g/mol}$=0.08mol，則W中含n（Na）=0.05mol×2-0.08mol=0.02mol，W中n（O）=$\frac{2.22g-0.02mol×23g/mol-0.01mol×2×56g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，則W中Na、Fe、O的原子個數(shù)比為1：1：2，W為NaFeO₂，可解答（1）、（2）；
（3）結(jié)合表格中平衡的濃度計算K=$\frac{生成物濃度冪之積}{反應(yīng)物濃度冪之積}$，由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高平衡總壓強(qiáng)增大，即平衡正向移動；
（4）由圖分析可知CO₂的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，而反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，所以只能是CO還原CoO轉(zhuǎn)化為CO₂，且CO₂增加的量等于CO減少的量，以此來解答．

解答 解：1.60g紅棕色粉末為Fe₂O₃，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol，蒸發(fā)灼燒可得到一種純凈的不含結(jié)晶水的鹽7.10g，由反應(yīng)物、生成物及元素守恒可知，該無水鹽為Na₂SO₄，則n（Na₂SO₄）=$\frac{7.10g}{142g/mol}$=0.05mol，反應(yīng)后的溶液中加入含有3.20gNaOH的溶液，n（NaOH）=$\frac{3.20g}{40g/mol}$=0.08mol，則W中含n（Na）=0.05mol×2-0.08mol=0.02mol，W中n（O）=$\frac{2.22g-0.02mol×23g/mol-0.01mol×2×56g/mol}{16g/mol}$=0.04mol，則W中Na、Fe、O的原子個數(shù)比為1：1：2，W為NaFeO₂，
（1）含鐵化合物溶于適量稀硫酸生成硫酸鐵和另一元素的硫酸鹽，加氫氧化鈉后，鐵元素全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，將所得濾液在一定條件下蒸發(fā)灼燒可得到一種純凈的不含結(jié)晶水的鹽，則該鹽只能是硫酸鈉，所以另一未知元素為Na元素，故答案為：Na；
（2）由上述分析可知，W的化學(xué)式為NaFeO₂，W與適量稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaFeO₂+4H₂SO₄=Na₂SO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案為：NaFeO₂；2NaFeO₂+4H₂SO₄=Na₂SO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，250℃CoC₂O₄分解達(dá)平衡時，平衡總濃度為3.4×10^-3 mol•L^-1，則CO和CO₂的平衡濃度相同，各為1.7×10^-3 mol•L^-1，則平衡常數(shù)K=c（CO）•c（CO₂）=1.7×10^-3×1.7×10^-3=2.89×10^-6；由表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高平衡總壓強(qiáng)增大，即平衡正向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0，
故答案為：2.89×10^-6；＞；
（4）由圖分析可知CO₂的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，而反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，所以只能是CO還原CoO轉(zhuǎn)化為CO₂，且CO₂增加的量等于CO減少的量，則CO的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線如圖，故答案為：．

點評 本題考查無機(jī)物的推斷，為高頻考點，涉及物質(zhì)組成的測定、化學(xué)平衡常數(shù)的計算及影響平衡的因素等，把握發(fā)生的反應(yīng)、原子守恒推斷W為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與推斷能力的考查，注意物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用，題目難度中等．