Question

12．鐵、鈷（Co）、鎳（Ni）是同族元素，它們的化合物在工業(yè)上有重要的應(yīng)用．

（1）現(xiàn)將含0.5mol FeCl₃的溶液和含0.5mol KSCN的溶液混合，混合后溶液體積為1L，已知溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq）（忽略其它過程）．平衡濃度c[Fe（SCN）²⁺]與溫度T的關(guān)系如圖1所示：則該反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”），溫度為T₁時，反應(yīng)在5秒鐘時達(dá)到平衡，平c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，求達(dá)到平衡時的平均反應(yīng)速率v（SCN^-）=0.09mol•L^-1•S^-1，該溫度下的Fe³⁺的平衡轉(zhuǎn)化率為 90%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為180L/mol．
（2）草酸鈷（CoC₂O₄）是一種難溶于水的淺粉紅色粉末，通常用硫酸鈷溶液和草酸銨溶液反應(yīng)制得，寫出該反應(yīng)的離子方程式：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓．
（3）已知某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的濃度分別為0.60mol/L和1.2mol/L，取一定量的該溶液，向其中滴加NaOH溶液，已知K_sp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，K_sp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，當(dāng)Co（OH）₂開始沉淀時，溶液中 $\frac{c（C{o}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}$    的值等于3.0．（取兩位有效數(shù)字）
（4）Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄ （其中Co、Ni均為+2價）可用作H₂O₂分解的催化劑，具有較高的活性．兩種不同方法制得的催化劑在10℃時催化、分解6%的H₂O₂溶液的相對初始速率隨x變化的曲線如圖2所示．由圖中信息可知：微波水熱法制取得到的催化劑活性更高；Co²⁺、Ni²⁺兩種離子中催化效果較好的是Co²⁺ ．

Answer 1

分析 （1）溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq），忽略其他過程，根據(jù)圖1，溫度升高，溶液中c[Fe（SCN）²⁺]下降，可知溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，溫度為T₁時，反應(yīng)在5秒鐘時達(dá)到平衡，平衡時c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平均速率公式計算$\overline{r}[Fe（SCN）^{2+}]=\frac{△c}{△t}$，由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算平均反應(yīng)速率v（SCN^-），該溫度下的Fe³⁺的平衡轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化的Fe³⁺的量與初始量比值的百分?jǐn)?shù)，將溶液中各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）草酸鈷（CoC₂O₄）是一種難溶于水的淺粉紅色粉末，通常用硫酸鈷溶液和草酸銨溶液反應(yīng)制得，反應(yīng)為Co²⁺與C₂O₄^2-反應(yīng)形成草酸鈷，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（3）某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的濃度分別為0.60mol/L和1.2mol/L，向其中滴加NaOH溶液，根據(jù)溶度積常數(shù)計算；
（4）比較催化劑的活性對H₂O₂分解的影響，采用控制變量法并結(jié)合圖2分析．

解答 解：（1）溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq），忽略其他過程，根據(jù)圖1，溫度升高，溶液中c[Fe（SCN）²⁺]下降，可知溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則表明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)△H＜0，
溫度為T₁時，反應(yīng)在5秒鐘時達(dá)到平衡，平衡時c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，反應(yīng)經(jīng)歷的時間△t=5s，則$\overline{r}[Fe（SCN）^{2+}]=\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.45mol/L}{5s}$=0.09mol/（L•s），由化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則達(dá)到平衡時的平均反應(yīng)速率v（SCN^-）=0.09mol/（L•s），
根據(jù)反應(yīng)方程式計算，平衡時c（Fe³⁺）=$\frac{0.5mol}{1L}-0.45mol/L$=0.05mol/L，c（SCN^-）=$\frac{0.5mol}{1L}-0.45mol/L$=0.05mol/L，則該溫度下的Fe³⁺的平衡轉(zhuǎn)化率為$α=\frac{0.45mol/L}{0.5mol/L}×100%$=90%，
該溫度下的平衡常數(shù)為K=$\frac{c[Fe（SCN）^{2+}]}{c（F{e}^{3+}）c（SC{N}^{-}）}$=$\frac{0.45mol/L}{0.05mol/L×0.05mol/L}$=180L/mol，
故答案為：＜；0.09；90%；180L/mol；
（2）草酸鈷（CoC₂O₄）是一種難溶于水的淺粉紅色粉末，通常用硫酸鈷溶液和草酸銨溶液反應(yīng)制得，反應(yīng)為Co²⁺與C₂O₄^2-反應(yīng)形成草酸鈷，則該反應(yīng)的離子方程式為：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓，
故答案為：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓；
（3）某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的濃度分別為0.60mol/L和1.2mol/L，已知K_sp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，K_sp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，當(dāng)Co（OH）₂開始沉淀時，溶液中$\frac{c（C{o}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}$=$\frac{c（C{o}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}•\frac{{c}^{2}（O{H}^{-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{sp}[Co（OH）_{2}]}{{K}_{sp}[Ni（OH）_{2}]}$=$\frac{6.0×1{0}^{-15}}{2.0×1{0}^{-15}}$=3.0，注意保留兩位有效數(shù)字，
故答案為：3.0；
（4）比較催化劑的活性對H₂O₂分解的影響，采用控制變量法分析，取x不變時來看，微波水熱法時對應(yīng)的H₂O₂的分解速率高于常規(guī)水熱法時的分解速率，則微波水熱法制取得到的催化劑活性更高，
控制水熱法相同，隨著x的增加，即Co增加，Ni減小，根據(jù)圖象分析，H₂O₂的分解速率隨x的增大而增大，表明Co²⁺對分解有促進(jìn)作用，因此Co²⁺、Ni²⁺兩種離子中催化效果較好的是Co²⁺，
故答案為：微波水熱；Co²⁺．

點評 本題主要考查化學(xué)原理部分知識，包含化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡常數(shù)的計算，離子反應(yīng)的書寫，溶度積常數(shù)的計算，均為高頻考點，平時需注意這方面知識的訓(xùn)練，題目難度不大．