Question

12．铁、钴（Co）、镍（Ni）是同族元素，它们的化合物在工业上有重要的应用．

（1）现将含0.5mol FeCl₃的溶液和含0.5mol KSCN的溶液混合，混合后溶液体积为1L，已知溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq）（忽略其它过程）．平衡浓度c[Fe（SCN）²⁺]与温度T的关系如图1所示：则该反应△H＜0（填“＞”或“＜”），温度为T₁时，反应在5秒钟时达到平衡，平c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，求达到平衡时的平均反应速率v（SCN^-）=0.09mol•L^-1•S^-1，该温度下的Fe³⁺的平衡转化率为 90%，该温度下反应的平衡常数为180L/mol．
（2）草酸钴（CoC₂O₄）是一种难溶于水的浅粉红色粉末，通常用硫酸钴溶液和草酸铵溶液反应制得，写出该反应的离子方程式：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓．
（3）已知某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的浓度分别为0.60mol/L和1.2mol/L，取一定量的该溶液，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，当Co（OH）₂开始沉淀时，溶液中 $\frac{c（C{o}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}$    的值等于3.0．（取两位有效数字）
（4）Co_xNi_（1-x）Fe₂O₄ （其中Co、Ni均为+2价）可用作H₂O₂分解的催化剂，具有较高的活性．两种不同方法制得的催化剂在10℃时催化、分解6%的H₂O₂溶液的相对初始速率随x变化的曲线如图2所示．由图中信息可知：微波水热法制取得到的催化剂活性更高；Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果较好的是Co²⁺ ．

Answer 1

分析 （1）溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq），忽略其他过程，根据图1，温度升高，溶液中c[Fe（SCN）²⁺]下降，可知温度升高，平衡向逆反应方向移动，温度为T₁时，反应在5秒钟时达到平衡，平衡时c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，根据化学反应平均速率公式计算$\overline{r}[Fe（SCN）^{2+}]=\frac{△c}{△t}$，由化学反应速率之比等于化学计量数之比计算平均反应速率v（SCN^-），该温度下的Fe³⁺的平衡转化率为转化的Fe³⁺的量与初始量比值的百分数，将溶液中各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算化学平衡常数；
（2）草酸钴（CoC₂O₄）是一种难溶于水的浅粉红色粉末，通常用硫酸钴溶液和草酸铵溶液反应制得，反应为Co²⁺与C₂O₄^2-反应形成草酸钴，据此写出反应的离子方程式；
（3）某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的浓度分别为0.60mol/L和1.2mol/L，向其中滴加NaOH溶液，根据溶度积常数计算；
（4）比较催化剂的活性对H₂O₂分解的影响，采用控制变量法并结合图2分析．

解答 解：（1）溶液存在平衡：Fe³⁺（aq）+SCN^-（aq）?Fe（SCN）²⁺（aq），忽略其他过程，根据图1，温度升高，溶液中c[Fe（SCN）²⁺]下降，可知温度升高，平衡向逆反应方向移动，则表明正反应是放热反应，则该反应△H＜0，
温度为T₁时，反应在5秒钟时达到平衡，平衡时c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，反应经历的时间△t=5s，则$\overline{r}[Fe（SCN）^{2+}]=\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.45mol/L}{5s}$=0.09mol/（L•s），由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则达到平衡时的平均反应速率v（SCN^-）=0.09mol/（L•s），
根据反应方程式计算，平衡时c（Fe³⁺）=$\frac{0.5mol}{1L}-0.45mol/L$=0.05mol/L，c（SCN^-）=$\frac{0.5mol}{1L}-0.45mol/L$=0.05mol/L，则该温度下的Fe³⁺的平衡转化率为$α=\frac{0.45mol/L}{0.5mol/L}×100%$=90%，
该温度下的平衡常数为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，
故答案为：＜；0.09；90%；180L/mol；
（2）草酸钴（CoC₂O₄）是一种难溶于水的浅粉红色粉末，通常用硫酸钴溶液和草酸铵溶液反应制得，反应为Co²⁺与C₂O₄^2-反应形成草酸钴，则该反应的离子方程式为：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓，
故答案为：C₂O₄^2-+Co²⁺=CoC₂O₄↓；
（3）某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的浓度分别为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，当Co（OH）₂开始沉淀时，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，注意保留两位有效数字，
故答案为：3.0；
（4）比较催化剂的活性对H₂O₂分解的影响，采用控制变量法分析，取x不变时来看，微波水热法时对应的H₂O₂的分解速率高于常规水热法时的分解速率，则微波水热法制取得到的催化剂活性更高，
控制水热法相同，随着x的增加，即Co增加，Ni减小，根据图象分析，H₂O₂的分解速率随x的增大而增大，表明Co²⁺对分解有促进作用，因此Co²⁺、Ni²⁺两种离子中催化效果较好的是Co²⁺，
故答案为：微波水热；Co²⁺．

点评 本题主要考查化学原理部分知识，包含化学反应速率的计算，化学平衡常数的计算，离子反应的书写，溶度积常数的计算，均为高频考点，平时需注意这方面知识的训练，题目难度不大．