Question

20．鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物．
（1）取5.6g的生鐵與足量的稀硫酸混合反應(yīng)，無論怎樣進(jìn)行實驗，最終收集了的氣體體積均小于2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），最主要的原因是生鐵中含有碳等雜質(zhì)，所得溶液在長時間放置過程中會慢慢出現(xiàn)淺黃色，試用離子方程式解釋這一變化的原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（2）硫化亞鐵常用于工業(yè)廢水的處理．已知：25℃時，溶度積常數(shù)K_sp（FeS）=6.3×10^-18、K_sp（CdS）=3.6×10^-29．請寫出用硫化亞鐵處理含Cd²⁺的工業(yè)廢水的離子方程式Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s）．
（3）ZnFe₂O_3.5是一種新型納米材料，可將工業(yè)廢氣中的某些元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，制取納米ZnFe₂O_3.5和用于除去廢氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：ZnFe₂O₄$?_{CO_{2}、NO_{2}、SO_{2}/常溫}^{H_{2}/高溫}$ZnFe₂O_3.5上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)中消耗的n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1．請寫出 ZnFe₂O_3.5與NO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄．
（4）LiFePO₄（難溶于水）材料被視為最有前途的鋰離子電池材料之一．
①以 FePO₄（難溶于水）、Li₂CO₃、單質(zhì)碳為原料在高溫下制備LiFePO₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+2C=2LiFePO₄+3CO↑．則1molC參與反應(yīng)時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2N_A（或2×6.02×10²³）．
②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種（中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開）工作原理為FePO₄+Li$?_{放電}^{充電}$LiFePO₄．則充電時陽極上的電極反應(yīng)式為LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．
（5）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此溫度下若在實驗室中配制5mol/L 100mL FeCl₃溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入2.5ml、2mol/L的鹽酸（忽略加入鹽酸體積）．

Answer 1

分析 （1）生鐵中含有碳元素等物質(zhì)，故5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，與HCl反應(yīng)生成的氣體偏少．變黃色說明Fe²⁺被氧氣氧化為Fe³⁺．
（2）依據(jù)溶度積常數(shù)分析判斷CdS更難溶，可以實現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化．
（3）依得失電子守恒原理可求出反應(yīng)中n（ZnFe₂O₄）：n（H₂，根據(jù)元素守恒和電子守恒分析寫出離子方程式．
（4）①反應(yīng)過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，碳單質(zhì)中化由0價升為+2價；
②充電時陽極上LiFePO₄^-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．
（5）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c（OH^-）≤2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥0.05mol/L，故至少要加入2.5ml相應(yīng)的鹽酸．

解答 解：（1）生鐵中含有碳元素等物質(zhì)，故5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，生成的氫氣的體積少于2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）；變黃色說明有Fe³⁺生成，是由Fe²⁺被氧氣氧化所導(dǎo)致的，其反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：生鐵中含有碳等雜質(zhì)；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（2）溶度積常數(shù)Ksp（FeS）=6.3×10^-18、Ksp（CdS）=3.6×10^-29，溶度積常數(shù)分析判斷CdS更難溶，可以實現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化，Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s），所以能用硫化亞鐵處理含Cd²⁺的工業(yè)廢水；
故答案為：Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s）；
（3）1molZnFe₂O₄變?yōu)閆nFe₂O_3.5時化合價升高了1價，則根據(jù)得失電子守恒原理，則氫氣化合價應(yīng)降低1價，即參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為0.5mol，即n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1； ZnFe₂O_3.5與NO₂ 反應(yīng)生成N₂和ZnFe₂O₄，其反應(yīng)方程式為：2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
故答案為：2：1；2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
（4）①反應(yīng)過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，由0價升為+2價，故1molC參與反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子，故答案為：2N_A（或2×6.02×10²³）；
②充電時陽極上LiFePO₄^-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺；
故答案為：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺；
（5）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c³（OH^-）≤$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{5}$，c（OH^-）=2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥0.05mol/L，設(shè)加入鹽酸體積為x，則有$\frac{x×2mol/L}{100mL}$=0.05mol/L，解得x=2.5mL，故至少要加入2.5mL相應(yīng)的鹽酸；
故答案為：2.5．

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書寫、化學(xué)方程式的書寫、原電池原理的應(yīng)用等，題目難度中等，側(cè)重于基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用考查．