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(SO43-0.5n)是一種新型高效的無機高分子絮凝劑,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$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO42-+3H2↑其陽極反應(yīng)式為:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O.

分析 (1)①依據(jù)熱化學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,電池的負極與外接電源的負極相連;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)配制一定量分數(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-=FeO42-+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,電池的負極與外接電源的負極相連;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配制一定量分數(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-=FeO42-+4H2O,故答案為:Fe-6e-+8OH-=FeO42-+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,有一定的難度.

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:解答題

5.有關(guān)鋁的幾個實驗如下.請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />實驗一 毛刷實驗
實驗過程如圖1.
(1)鋁導線與Hg(NO32溶液反應(yīng)的離子方程式為2Al+3Hg2+═2Al3++3Hg.
(2)鋁導線放NaOH溶液的目的是除去表面的氧化膜,其化學方程式為Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O.
(3)有人認為生成白色毛狀物的實質(zhì)是鋁發(fā)生電化腐蝕生成A12O3,其中作正極材料的是d
(填序號).
a.O2      b.A1       c.Hg(NO32      d.Hg
實驗二 探究白色毛狀物是否含有結(jié)晶水取適量白色毛狀物樣品放入儀器X稱量,質(zhì)量為m1g

(4)圖2中儀器X應(yīng)選用以下哪個裝置坩堝(填名稱).
(5)上述過程中“冷卻“時要在圖3所示的裝置中進行的原因是防止在冷卻過程中吸收空氣中的水.
(6)根據(jù)所得實驗資料,能說明白色毛狀物含結(jié)晶水的證據(jù)是m2>m3(用代數(shù)式表示).
實驗三 驗證A12O3對石蠟油裂解的催化作用
按圖4連好裝置,檢查裝置的氣密性,加入5~6gAl2O3,加熱到500℃左右,往Al2O3上滴入石蠟油.已知:石蠟油為液態(tài)烷烴混合物(與汽油類似),沸點164~223℃.一定條件下,其裂解產(chǎn)物為乙烯和烷烴的混合物.
(7)使用裝置B的目的是將揮發(fā)出來的石蠟油冷卻,防止對溴水進行萃取,干擾乙烯的檢驗.
(8)需要再補充一個實驗才能證明Al2O3對石蠟油裂解反應(yīng)有催化作用,請簡述其實驗方案:不加氧化鋁進行上述實驗,若溴水不褪色(或褪色時間較長),則證明氧化鋁對石蠟的裂解有催化作用.

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6.將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上,一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓周中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗,在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b),如圖所示.導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣少.下列說法正確的是( 。
A.液滴中的Cl-由a區(qū)向b區(qū)遷移
B.液滴邊緣是正極區(qū),發(fā)生的電極反應(yīng)為:O2+2H2O+4e-→4OH-
C.液滴下的Fe因發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕,生成的Fe2+由a區(qū)向b區(qū)遷移,與b區(qū)的OH-形成Fe(OH)2,進一步氧化、脫水形成鐵銹
D.若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板,在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液,則負極發(fā)生的電極反應(yīng)為:Cu-2e-→Cu2+

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

3.下列有關(guān)說法正確的是( 。
A.陶瓷的主要成分是碳酸鈣
B.用鐵容器存放濃鹽酸
C.硅是制造半導體的常用材料
D.工業(yè)上利用氨氣制硝酸屬于人工固氮

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科目:高中化學 來源: 題型:解答題

10.氫氣是清潔能源,也是重要的化工原料.
(1)寫出金屬鈉與水反應(yīng)生成氫氣的化學方程式:2Na+2H2O=H2↑+2NaOH.
(2)以H2為原料制取氨氣進而合成CO(NH22的反應(yīng)如下:
N2(g)+3H2(g)?2NH3△H=-92.4kJ/mol   2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-86.98kJ/mol  則N2(g)、H2(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(NH22(s)和H2O(l)的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g)+CO2(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-179.38KJ/mol.
(3)已知H2S高溫熱分解制H2的反應(yīng)為H2S(g)?H2(g)+$\frac{1}{2}$S2(g).在為2L的恒容密閉容器中,通入3.5mol H2S,控制不同溫度進行H2S的分解實驗,測得H2S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示.
①985℃時,反應(yīng)經(jīng)7min達到平衡,則上述反應(yīng)從起始至7min內(nèi)的反應(yīng)速率v(S2)=0.05mol/(L•min).
②反應(yīng)S2(g)+2H2(g)?2H2S(g)的△H<(填“>”或“<”)0.

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20.已知A、B、C、D、E五種元素的原子序數(shù)依次增大,A元素位于周期表的s區(qū),其原子中電子層數(shù)等于未成對電子數(shù);B的基態(tài)原子中電子占據(jù)三種能量不同的原子軌道,且每種已知軌道中的電子總數(shù)相同;D原子的核外成對電子數(shù)是未成對電子數(shù)的3倍.A、B、D三種元素組成的一種化合物M是新裝修居室中常含有的一種有害氣體,A、B二種元素組成的原子個數(shù)比為1:1的化合物N是常見的有機溶劑.E有“生物金屬”之稱,E4+離子和氬原子的核外電子排布相同.
請回答下列問題:(答題時,A、B、C、D、E用所對應(yīng)的元素符號表示)
(1)E的基態(tài)原子的外圍電子排布式為3d24s2
(2)下列敘述正確的是ad.(填字母)
a.M與水分子間能形成氫鍵,N是非極性分子
b.M和二氧化碳分子中的中心原子均采用sp2雜化
c.N分子中含有6個σ鍵和1個π鍵
d.BD2晶體的熔點、沸點都比二氧化硅晶體的低 
(3)E的一種氧化物Q,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,則Q的化學式為TiO2,該晶體中氧的配位數(shù)為3.
(4)電鍍廠排放的廢水中常含有劇毒的BC-,可在Q的催化下,先用NaClO將BC氧化成BCD-,然后在酸性條件下BCD-可以繼續(xù)被NaClO氧化成C2和BD2
①與BCD-互為等電子體的分子、離子的化學式依次是CO2和SCN-(各寫出一種);
②上述反應(yīng)中后一步反應(yīng)的離子方程是2CNO-+2H++3ClO-=N2↑+2CO2↑+3C1-+H2O.
(5)在濃的ECl3的鹽酸溶液中加入乙醚,并通入HCl氣體至飽和,可得到配位數(shù)為6、組成為ECl3•6H2O的綠色晶體,該晶體中兩種配體的物質(zhì)的量之比為1:5,則該配離子的化學式為[TiCl(H2O)5]2+

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

7.1mol•L-1 MgCl2溶液的含義是( 。
A.1L水中含有1 molMgCl2B.其中Cl-濃度為2 mol•L-1
C.溶液中含有1 molMgCl2D.將95gMgCl2溶于1L水中所得的溶液

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科目:高中化學 來源: 題型:選擇題

4.下列物質(zhì)長期放置在空氣中能發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是(  )
A.Na2O2B.Na2SO4C.Na2CO3D.NaOH

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科目:高中化學 來源: 題型:多選題

5.下列說法中正確的是(  )
A.氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是元素化合價的升降
B.氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)必然同時發(fā)生
C.氧化反應(yīng)是指反應(yīng)中失去電子,所含元素化合價升高,被氧化
D.還原反應(yīng)在反應(yīng)中失去電子,所含元素化合價升高,被氧化

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