Question

15．铝、铁是两种重要的金属元素，其单质及化合物在生产生活中的应用日趋广泛．
（1）①真空碳热还原-氧化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：
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
反应Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）的△H=（a+b）kJ•mol^-1（用含a、b的代数式表示）．
②镁铝合金（Mg₁₇Al₁₂）是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定物质的量比Mg、Al单质在一定温度下熔炼获得．该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为：
Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al．
得到的混合物Y（17MgH₂+12Al）在一定条件下可释放出氢气．在6.0mol•L^-1HCl溶液中，混合物Y能完全释放出H₂．1molMg₁₇Al₁₂完全吸氢后得到的混合物Y　与上述盐酸完全反应，释放出H₂　的物质的量为52mol．
③熔融状态下，Na单质和FeCl₃能组成可充电电池（装置示意图如图甲），可充电电池的总反应方程式：2Na+FeCl₂$?_{充电}^{放电}$Fe+2NaCl．
（2）聚合硫酸铁（PFS：Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-0.5n）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理．用铁的氧化物为原料来制取聚合硫酸铁．为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe²⁺．实验步骤如下：

①聚合硫酸铁（PFS）中铁元素的化合价为+3．
②用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃仪器除量筒外，还有bc．（填序号）
（a）容量瓶   （b）烧杯  （c）玻璃棒
③写出步骤Ⅳ反应的离子方程式：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
（3）高铁酸钠（Na₃FeO₄）广泛应用于净水、电池工业等领域，可设计如图乙装置用电解法制备，原理是Fe+2OH^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑其阳极反应式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到对应反应的焓变；
②该合金在一定条件下完全吸氢的化学方程式为：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，1molMg₁₇Al₁₂完全吸氢17mol，在盐酸中会全部释放出来，镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H₂，生成氢气的物质的量分别为17mol、18mol，则生成氢气一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol；
③放电时，为原电池，Fe²⁺在正极放电生成Fe，；充电时，即为电解质池，电池的负极与外接电源的负极相连；电池的电解质为β-Al₂O₃，所以可充电电池的总反应方程式：2Na+FeCl₂$?_{充电}^{放电}$Fe+2NaCl；
（2）①聚合硫酸铁（PFS）中根据化合价代数和为0，得铁元素的化合价为：$\frac{6-n+n}{2}$=+3价；
②根据配制一定量分数溶液的步骤：计算、称量、溶解，确定所用的仪器；
③第Ⅲ步产生的亚铁离子在酸性条件下与氯酸钠发生氧化还原反应，方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）阳极发生氧化反应，化合价升高，所以电极反应式为：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
依据盖斯定律①+②得到：Al₂O₃（s）+3C（s）=2Al（l）+3CO（g）△H=（a+b）KJ/mol
故答案为：（a+b）；
②该合金在一定条件下完全吸氢的化学方程式为：Mg₁₇Al₁₂+17H₂=17MgH₂+12Al，1molMg₁₇Al₁₂完全吸氢17mol，在盐酸中会全部释放出来，镁铝合金中的镁和铝都能与盐酸反应生成H₂，生成氢气的物质的量分别为17mol、18mol，则生成氢气一共（17+17+12×$\frac{3}{2}$）mol=52mol，故答案为：52mol；
③放电时，为原电池，Fe²⁺在正极放电生成Fe，；充电时，即为电解质池，电池的负极与外接电源的负极相连；电池的电解质为β-Al₂O₃，所以可充电电池的总反应方程式：2Na+FeCl₂$?_{充电}^{放电}$Fe+2NaCl，故答案为：2Na+FeCl₂$?_{充电}^{放电}$Fe+2NaCl；
（2）①聚合硫酸铁（PFS）中，根据化合价代数和为0，得铁元素的化合价为：$\frac{6-n+n}{2}$=+3价，故答案为：+3；
②配制一定量分数硫酸溶液需要的仪器有：胶头滴管、量筒、玻璃棒、烧杯，故选：bc；
③第Ⅲ步产生的亚铁离子在酸性条件下与氯酸钠发生氧化还原反应，方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； （3）阳极发生氧化反应，化合价升高，所以电极反应式为Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查盖斯定律的应用和以铁及其化合物为载体，以流程图形式考查了氧化还原反应知识、元素化合物的知识，综合性强，有一定的难度．