Question

12．Ⅰ．工業(yè)上用煤制天然氣，生產(chǎn)過程中有途徑生成CH₄，寫出CO₂與H₂反應生成CH₄和H₂0的熱化學反應方程式CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
Ⅱ．電子產(chǎn)品產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅．某化學興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

按要求回答下列問題：
（1）濾渣1中存在的金屬有Au、Pt．
（2）則操作②中X物質(zhì)最好選用的是d（填編號）
a．酸性高錳酸鉀溶液　　　　b．漂白粉　　　　c．氯氣　　　　　　　d．雙氧水
（3）用一個離子方程式表示在酸浸液中加入適量鋁粉的反應：Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe．
（4）由CuSO₄•5H₂O制備CuSO₄時，應把CuSO₄•5H₂O放在坩堝（填儀器名稱）中加熱脫水．
（5）現(xiàn)在某些電器中使用的高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩(wěn)定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充電}^{放電}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，
該電池放電時負極反應式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，每有1mol　K₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，充電時陽極反應式為Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
Ⅱ．用稀硫酸和濃硝酸的混合液在加熱條件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，過濾除去不溶的Au、Pt，得濾液1，向濾液1中加入雙氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并過濾得到濾渣2和濾液2，濾液2經(jīng)蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到膽礬晶體，濾液2用稀硫酸溶解后用Al置換Fe³⁺生成Fe，并過濾得濾液，同樣蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到硫酸鋁晶體；
（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生了反應，所以濾渣1的成分是Pt和Au；
（2）根據(jù)雙氧水具有氧化性且被還原為水，產(chǎn)物無雜質(zhì)無污染進行分析；
（3）濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，加入酸溶液后生成了鐵離子、鋁離子，向該溶液中加入鋁粉，鐵離子與鋁反應生成鐵和鋁離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（4）加熱硫酸銅晶體時需要放在坩堝中進行；
（5）放電時，Zn為負極，失去電子，發(fā)生電極反應：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
根據(jù)K₂FeO₄中鐵的化合價由+6變化為+3，化合價降低3；
正反應中Fe元素的化合價降低，K₂FeO₄為正極，則充電時為陽極，發(fā)生氧化反應：2Fe（OH）₃+10OH^--6e^-=2FeO₄^2-+8H₂O．

解答 解：Ⅰ．已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②+③-①×2得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1；
Ⅱ．用稀硫酸和濃硝酸的混合液在加熱條件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，過濾除去不溶的Au、Pt，得濾液1，向濾液1中加入雙氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH，促進Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并過濾得到濾渣2和濾液2，濾液2經(jīng)蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到膽礬晶體，濾液2用稀硫酸溶解后用Al置換Fe³⁺生成Fe，并過濾得濾液，同樣蒸發(fā)冷卻、結(jié)晶、過濾得到硫酸鋁晶體；
（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發(fā)生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，Au、Pt和酸不反應，所以濾渣是Au、Pt，
故答案為：Au、Pt；
（2）第②步加入試劑X的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，雙氧水與亞鐵離子的反應為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，雙氧水做氧化劑被還原后為水，不引入雜質(zhì)，對環(huán)境無污染，而高錳酸鉀溶液、漂白粉、氯氣做氧化劑，反應后引進了裝置，且污染環(huán)境，所以試劑X最好選用雙氧水，
故答案為：d；
（3）根據(jù)實驗流程，酸浸液中含有鐵離子和鋁離子，向酸浸液中加入鋁粉后，鐵離子與鋁發(fā)生反應生成鐵和鋁離子，反應的離子方程式為Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe，
故答案為：Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe；
（4）由CuSO₄•5H₂O制備CuSO₄時，應把CuSO₄•5H₂O放在坩堝中，
故答案為：坩堝；
（5）放電時，Zn為負極，失去電子，發(fā)生電極反應：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
K₂FeO₄中鐵的化合價由+6變化為+3，化合價降低3，所以每有1molK₂FeO₄被還原，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，
正反應中Fe元素的化合價降低，K₂FeO₄為正極，則充電時為陽極，發(fā)生氧化反應：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；3mol；Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題考查較為全面，涉及熱化學方程式書寫、混合物的分離、可充電電池等知識，綜合性較強，其中電化學是難點，注意正負極和陰陽極電極反應式的書寫．