Question

【題目】合成氨工業生產中所用的α Fe催化劑的主要成分為FeO、Fe2O3。

（1）某FeO、Fe2O3混合物中，鐵、氧的物質的量之比為4∶5，其中Fe2＋與Fe3＋物質的量之比為________。

（2）當催化劑中Fe2＋與Fe3＋的物質的量之比為1∶2時，其催化劑活性最高，此時混合物中鐵的質量分數為________(保留兩位小數)。

（3）寫出由C(炭粉)與Fe2O3在高溫下反應制備α鐵觸媒的化學方程式(另一種產物可溶于水)：____________________________________________________________。

（4）為制得這種活性最高的催化劑，理論上應向480 g Fe2O3粉末加入炭粉的質量是多少？，生成該實驗條件下CO2的體積是多少？(請寫出計算過程。假設此實驗條件下，氣體摩爾體積為24 L·mol－1)。___________

Answer 1

【答案】1∶172.41%2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑6 g、 12 L

【解析】

(1)設FeO、Fe2O3分別為x mol、y mol，根據鐵、氧物質的量之比得：(x＋2y)∶(x＋3y)＝4∶5，x∶y＝2∶1，Fe2＋與Fe3＋物質的量之比為x∶2y＝1∶1，故答案為：1∶1 ；(2)根據催化劑中Fe2＋與Fe3＋的物質的量之比為1∶2，可推知，FeO、Fe2O3的物質的量之比為1∶1，混合物中鐵的質量分數為×100%≈72.41%，故答案為：72.41% ；(3)由題給信息知，C(炭粉)會將一部分Fe2O3還原成FeO，同時C(炭粉)被氧化成CO2，故答案為：2Fe2O3＋C4FeO＋CO2↑；(4)由于催化劑中Fe2＋與Fe3＋的物質的量之比為1∶2時，其催化劑活性最高，此時反應后的混合物中，FeO、Fe2O3的物質的量之比為1∶1，原料480 g Fe2O3為3 mol，Fe2O3～2FeO，原料中必須有的Fe2O3參加反應，即1 mol Fe2O3參加反應，理論上要有0.5 mol C反應，即6 g C，生成0.5 mol CO2，在該條件下體積為12 L，故答案為：6 g、12 L。