Question

5．鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物．
（1）工業(yè)上，向熾熱鐵屑中通入氯化氫可生成無水氯化亞鐵，若操作不當(dāng)，制得的FeCl₂會含有少量FeCl₃，檢驗(yàn)FeCl₃常用的試劑是硫氰化鉀溶液；為防止FeCl₂溶液中含有FeCl₃，最好在FeCl₂溶液中加入鐵粉．
（2）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，同時(shí)伴隨產(chǎn)生一種可燃性氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．若有1molC參與反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為2N_A．
②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種（中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負(fù)極隔開，只允許鋰離子通過）工作原理為FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，如下圖所示．則放電時(shí)FePO₄一端為電池的正極，充電時(shí)陽極上的電極反應(yīng)式為LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．
（3）硫化亞鐵常用于工業(yè)廢水的處理．已知：25℃時(shí)，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），在FeS、CdS的懸濁液中c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=1.75×10¹¹．
（4）已知25℃時(shí)，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此溫度下若在實(shí)驗(yàn)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）三價(jià)鐵離子遇到硫氰化鉀溶液顯紅色；Fe與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子；
（2）①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由+3價(jià)降低到+2價(jià)，Li₂CO₃中的碳元素由+4價(jià)降低到+2價(jià)，結(jié)合元素守恒和電子守恒配平方程式；C的化合價(jià)從0價(jià)升高到+2價(jià)；
②放電時(shí)正極上Fe元素得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）依據(jù)溶度積常數(shù)分析判斷CdS更難溶，可以實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化；c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$；
（4）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^-12mol/L，c（H⁺）≥mol/L，故至少要加入2.5ml相應(yīng)的鹽酸．

解答 解：（1）三價(jià)鐵離子遇到硫氰化鉀溶液顯紅色，則檢驗(yàn)FeCl₃常用的試劑是硫氰化鉀溶液；Fe與鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，則為防止FeCl₂溶液中含有FeCl₃，最好在FeCl₂溶液中加入鐵粉；
故答案為：硫氰化鉀溶液；鐵粉；
（2）①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由+3價(jià)降低到+2價(jià)，Li₂CO₃中的碳元素由+4價(jià)降低到+2價(jià)，由此可寫出對應(yīng)的反應(yīng)式：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；C的化合價(jià)從0價(jià)升高到+2價(jià)，則有1molC參與反應(yīng)，則轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為2N_A；
故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；2N_A；
②已知FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，F(xiàn)ePO₄中Fe元素得電子，則放電時(shí)FePO₄在正極發(fā)生得電子的發(fā)生還原反應(yīng)，正極的方程式為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
故答案為：正；FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（3）溶度積常數(shù)Ksp（FeS）=6.3×10^-18、Ksp（CdS）=3.6×10^-29，溶度積常數(shù)分析判斷CdS更難溶，可以實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化，Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s），所以能用硫化亞鐵處理含Cd²⁺的工業(yè)廢水；在FeS、CdS的懸濁液中c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{6.3×1{0}^{-18}}{3.6×1{0}^{-29}}$=1.75×10¹¹；
故答案為：Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s）；1.75×10¹¹；
（4）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⁺）≥mol/L，故至少要加入2.5mL相應(yīng)的鹽酸；
故答案為：2.5．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)的檢驗(yàn)、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、溶度積的計(jì)算等，題目難度中等，側(cè)重于基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用考查．