Question

13．鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物．
（1）取5.6g的生鐵與足量的稀硫酸混合反應(yīng)，無論怎樣進行實驗，最終收集了的氣體體積均小于2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），最主要的原因是生鐵中含有碳等雜質(zhì)，所得溶液在長時間放置過程中會慢慢出現(xiàn)淺黃色，試用離子方程式解釋這一變化的原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（2）ZnFe₂Ox是一種新型納米材料，可將工業(yè)廢氣中的某些元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，制取納米ZnFe₂Ox 和用于除去廢氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖ZnFe₂O₄$?_{CO_{2}、NO_{2}、SO_{2}/常溫}^{H_{2}/高溫}$ZnFe₂O_x．若上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)中消耗的n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1，x的值為3.5．請寫出 ZnFe₂Ox與NO₂ 反應(yīng)的化學(xué)方程式2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄（x用前一問求出的具體值）．
（3）LiFePO₄（難溶干水）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，該反應(yīng)還生成一種可燃性氣體，則反應(yīng)方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．
②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種（中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負樁隔開）工作原理為FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄．則放電時正極上的電極反應(yīng)式為FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．
（4）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此溫度下若在實驗室中配制5mol/L 100mL FeCl₃溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加人2mol/L的鹽酸2.5ml（忽略加入鹽酸體積）．

Answer 1

分析 （1）生鐵中含有碳元素等物質(zhì)，故5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，與HCl反應(yīng)生成的氣體偏少；溶液變黃色說明Fe²⁺被氧氣氧化為Fe³⁺；
（2）當(dāng)反應(yīng)中n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1時，依得失電子守恒原理可求出鐵的價態(tài)為升高了0.5價，由此可求出x=3.5，根據(jù)元素守恒和電子守恒分析；
（3）①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，結(jié)合元素守恒和電子守恒配平方程式；
②放電時正極上Fe元素得電子發(fā)生還原反應(yīng)．
（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⁺）≥0.05mol/L，故至少要加入2.5ml相應(yīng)的鹽酸．

解答 解：（1）生鐵中含有碳元素等物質(zhì)，故5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，生成的氫氣的體積少于2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）；變黃色說明有Fe³⁺生成，是由Fe²⁺被氧氣氧化所導(dǎo)致的，其反應(yīng)的離子方程式為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：生鐵中含有碳等雜質(zhì)；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（2）當(dāng)反應(yīng)中n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1時，依得失電子守恒原理可求出鐵的價態(tài)為升高了0.5價，由此可求出x=3.5； ZnFe₂O_3.5與NO₂ 反應(yīng)生成N₂和ZnFe₂O₄，其反應(yīng)方程式為：2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
故答案為：3.5；2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
（3）①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，由此可得對應(yīng)的反應(yīng)式：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；
故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；
②已知FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，F(xiàn)ePO₄中Fe元素得電子，則放電時FePO₄在正極發(fā)生得電子的發(fā)生還原反應(yīng)，正極的方程式為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（4）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe³⁺）×c³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c（OH^-）≤2×10^-13mol/L，則c（H⁺）≥0.05mol/L，故至少要加入鹽酸體積為$\frac{0.1L×0.05mol/L}{2mol/L}$=0.0025L=2.5mL，
故答案為：2.5．

點評 本題考查了氧化還原反應(yīng)、電極反應(yīng)式、化學(xué)方程式的書寫、溶度積有關(guān)計算等，題目難度中等，側(cè)重于基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用考查．