Question

13．铁及其化合物在日常生活中应用广泛．
（1）五羰基铁[Fe（CO）₅]相当活泼，能吸收H₂生成四羰基铁酸[H₂Fe（CO）₄]，四羰基铁酸与NaOH反应生成的四羰基铁酸二钠水溶液呈碱性，五碳基铁吸收H₂的化学式方程为Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO．四羰基铁酸在水溶液中的电离方程式为H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺．
（2）N₂H₄能使锅炉内壁的铁锈（主要成分为Fe₂O₃）转变成磁性氧化铁（Fe₃O₄）层，从而减缓锅炉锈蚀，反应过程中N₂H₄转化为氮气，则每生成1 molFe₃O₄转移电子的物质的量为1mol．
（3）分析表明，铁在浓硫酸中发生钝化时生成的氧化物中Fe、O两元素的质量比为28：11，则该氧化物的化学式为Fe₈O₁₁．
（4）常温下，用氧缺位铁酸锌ZnFe₂O_y可以消除NO_x污染，使NO_x转变为N₂，同时ZnFe₂O_y转变为ZnFe₂O₄．若2 mol ZnFe₂O_y与足量NO₂反应可生成0.5 mol N₂，则y=3．
（5）工业上常采用如图所示的电解装置，利用铁的化合物将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫．先通过电解，电解一段时间后通入H₂S时发生反应的离子方程式为2[Fe（CN）₄]^3-+2CO₃^2-+H₂S═2[Fe（CN）₄]^4-+2HCO₃^-+S↓．电解时，阳极的电极反应式为[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；电解过程中阴极区溶液的pH变大（填“变大”“变小”或“不变”）．
（6）纳米级Fe₃O₄是磁流体中的重要粒子，常温下降NH₃通入1L含0.1 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的酸性混合溶液中至pH=10时，可得到纳米级Fe₃O₄．
①含1.0 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的1L酸性混合溶液中，c（SO₄^2-）：[c（Fe³⁺）+c（Fe²⁺）]＞（填“＞”“＜”或“=”）4：3．
②当通入NH₃至溶液的pH值为3时，所得溶液中c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2.5×10⁴．（溶液体积变化忽略不计，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．

Answer 1

分析 （1）氢化羰基铁为二元弱酸，结合原子守恒分析书写化学方程式；氢化羰基铁为二元弱酸，在溶液中分两步电离；
（2）根据Fe₃O₄可以写成FeO•Fe₂O₃，可知1个Fe₃O₄中有2个铁为+3价，1个铁为+2价来解答；
（3）由铁元素与氧元素的质量比得出该氧化物中铁与氧的个数比，据此写出化学式即可；
（4）依据氧化还原反应的电子守恒计算ZnFe₂O_y中Fe元素化合价，再根据化合物中的元素化合价代数为0计算y的值；
（5）电解时阳极发生失电子的氧化反应，将[Fe（CN）₆]^4-转化为Fe（CN）₆]^3-，化合价升高；阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，据此判断；
（6）①Fe³⁺和Fe²⁺在溶液中发生水解反应，其物质的量减少；
②pH为3时，c（OH^-）=10^-11mol/L，结合K_sp（Fe（OH）₂）=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=8.0×10^-38，K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38计算c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）．

解答 解：（1）Fe与CO可形成五羰基铁[Fe（CO）₅]，该化合物相当活泼，易于吸收H₂生成氢化羰基铁．氢化羰基铁为二元弱酸，可与NaOH反应生成四羰基铁酸二钠，依据题干信息推知，反应的化学方程式为：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；
氢化羰基铁为二元弱酸，在溶液中分两步电离，其电离方程式为：H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺；
故答案为：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺；
（2）因Fe₃O₄可以写成FeO•Fe₂O₃，可知1个Fe₃O₄中有2个铁为+3价，1个铁为+2价，所以由Fe₂O₃形成一个Fe₃O₄得到1个电子，则每生成1mol Fe₃O₄，转移电子的物质的量为1mol；
故答案为：1mol；
（3）设该氧化物的化学式为Fe_xO_y，
则56x：16y=28：11，
所以x：y=8：11．
故该化学式为：Fe₈O₁₁．
故答案为：Fe₈O₁₁；
（4）2mol ZnFe₂O_y与足量NO₂可生成0.5mol N₂，则ZnFe₂O_y被还原为ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_y中铁元素的化合价为a，根据电子转移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.5mol×2×4，解得a=2，化合价代数和为0，则2+2×2=2y，解得y=3，
故答案为：3；
（5）电解时阳极发生失电子的氧化反应，将[Fe（CN）₆]^4-转化为Fe（CN）₆]^3-，化合价升高，则阳极的反应为：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，由于CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-，所以碱性增强，则pH变大；
故答案为：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；变大；
（6）①Fe³⁺和Fe²⁺在溶液中发生水解反应，其物质的量减少，则1.0 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的混合溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量之和小于3mol，而硫酸根离子的物质的量为4mol，所以c（SO₄^2-）：[c（Fe³⁺）+c（Fe²⁺）]＞4：3；
故答案为：＞；
②pH为3时，c（OH^-）=10^-11mol/L，则1.0mol FeSO₄溶液中c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=10^-22＜8.0×10^-16，没有沉淀生成，则c（Fe²⁺）=1.0mol/L，
由K_sp（Fe（OH）₃）=4.0×10^-38可知，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=4×10^-5mol/L，则c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2.5×10⁴，
故答案为：2.5×10⁴．

点评 本题以铁的化合物的性质为知识背景，考查了弱电解质的电离、盐的水解原理的应用、电解原理的应用、溶度积常数的计算等，题目综合性较强，难度较大，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力和计算能力．