Question

15．鋁、鐵是兩種重要的金屬元素，其單質(zhì)及化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日趨廣泛．
（1）①真空碳熱還原-氧化法可實現(xiàn)由鋁礦制備金屬鋁，其相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：
Al₂O₃（s）+AlC1₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJ•mol^-1
3AlCl（g）═2Al（l）+AlC1₃（g）△H=b　kJ•mol^-1
反應(yīng)Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=（a+b）kJ•mol^-1（用含a、b的代數(shù)式表示）．
②鎂鋁合金（Mg₁₇Al₁₂）是一種潛在的貯氫材料，可在氬氣保護(hù)下，將一定物質(zhì)的量比Mg、Al單質(zhì)在一定溫度下熔煉獲得．該合金在一定條件下完全吸氫的反應(yīng)方程式為：
Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．
得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定條件下可釋放出氫氣．在6.0mol•L^-1HCl溶液中，混合物Y能完全釋放出H₂．1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫后得到的混合物Y　與上述鹽酸完全反應(yīng)，釋放出H₂　的物質(zhì)的量為52mol．
③熔融狀態(tài)下，Na單質(zhì)和FeCl₃能組成可充電電池（裝置示意圖如圖甲），可充電電池的總反應(yīng)方程式：2Na+FeCl₂$?_{充電}^{放電}$Fe+2NaCl．
（2）聚合硫酸鐵（PFS：Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-0.5n）是一種新型高效的無機(jī)高分子絮凝劑，廣泛用于水的處理．用鐵的氧化物為原料來制取聚合硫酸鐵．為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺．實驗步驟如下：

①聚合硫酸鐵（PFS）中鐵元素的化合價為+3．
②用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃儀器除量筒外，還有bc．（填序號）
（a）容量瓶   （b）燒杯  （c）玻璃棒
③寫出步驟Ⅳ反應(yīng)的離子方程式：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
（3）高鐵酸鈉（Na₃FeO₄）廣泛應(yīng)用于凈水、電池工業(yè)等領(lǐng)域，可設(shè)計如圖乙裝置用電解法制備，原理是Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑其陽極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到對應(yīng)反應(yīng)的焓變；
②該合金在一定條件下完全吸氫的化學(xué)方程式為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol；
③放電時，為原電池，F(xiàn)e²⁺在正極放電生成Fe，；充電時，即為電解質(zhì)池，電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連；電池的電解質(zhì)為β-Al₂O₃，所以可充電電池的總反應(yīng)方程式：2Na+FeCl₂$?_{充電}^{放電}$Fe+2NaCl；
（2）①聚合硫酸鐵（PFS）中根據(jù)化合價代數(shù)和為0，得鐵元素的化合價為：$\frac{6-n+n}{2}$=+3價；
②根據(jù)配制一定量分?jǐn)?shù)溶液的步驟：計算、稱量、溶解，確定所用的儀器；
③第Ⅲ步產(chǎn)生的亞鐵離子在酸性條件下與氯酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價升高，所以電極反應(yīng)式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

解答 解：（1）①、①Al₂O₃（s）+AlC1₃（g）+3C（s）═3AlCl（g）+3CO（g）△H=a　kJ•mol^-1
②3AlCl（g）=2Al（l）+AlCl₃（g）；△H=b kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律①+②得到：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（a+b）KJ/mol
故答案為：（a+b）；
②該合金在一定條件下完全吸氫的化學(xué)方程式為：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，1molMg₁₇Al₁₂完全吸氫17mol，在鹽酸中會全部釋放出來，鎂鋁合金中的鎂和鋁都能與鹽酸反應(yīng)生成H₂，生成氫氣的物質(zhì)的量分別為17mol、18mol，則生成氫氣一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，故答案為：52mol；
③放電時，為原電池，F(xiàn)e²⁺在正極放電生成Fe，；充電時，即為電解質(zhì)池，電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連；電池的電解質(zhì)為β-Al₂O₃，所以可充電電池的總反應(yīng)方程式：2Na+FeCl₂$?_{充電}^{放電}$Fe+2NaCl，故答案為：2Na+FeCl₂$?_{充電}^{放電}$Fe+2NaCl；
（2）①聚合硫酸鐵（PFS）中，根據(jù)化合價代數(shù)和為0，得鐵元素的化合價為：$\frac{6-n+n}{2}$=+3價，故答案為：+3；
②配制一定量分?jǐn)?shù)硫酸溶液需要的儀器有：膠頭滴管、量筒、玻璃棒、燒杯，故選：bc；
③第Ⅲ步產(chǎn)生的亞鐵離子在酸性條件下與氯酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； （3）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價升高，所以電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點評 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用和以鐵及其化合物為載體，以流程圖形式考查了氧化還原反應(yīng)知識、元素化合物的知識，綜合性強(qiáng)，有一定的難度．