Question

7．铁是应用最广泛的金属，铁的氧化物、卤化物以及含氧酸盐均为重要的化合物．
（1）FeSO₄可转化为FeCO₃，FeCO₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料．已知25℃，101kPa时：
4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ•mol^-1
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393kJ•mol^-1
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=2FeCO₃（s）△H=-1480kJ•mol^-1
FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式为4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ•mol^-1．
（2）FeSO₄在一定条件下可制得FeS₂（二硫化亚铁）纳米材料．该材料可用于制造高容量锂电池，该电池放电时的总反应为4Li+FeS₂=Fe+2Li₂S，正极反应式为FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-．
（3）FeCl₃具有净水作用，其净水的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，Fe³⁺水解，生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质（写出离子方程式及必要的文字说明）．但FeCl₃溶液腐蚀钢铁设备，除H⁺作用外，另一主要原因是2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺（用离子方程式表示）．
（4）为节约成本，工业上用NaClO₃氧化酸性FeCl₂废液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂废液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2mol•L^-1，则该溶液的pH约为2．
②完成并配平离子方程式：
1ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=1Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．

Answer 1

分析 （1）发生反应：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式；
（2）电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-；
（3）FeCl₃能水解生成胶体，胶体能吸附水中的悬浮物；FeCl₃与Cu反应生成氯化亚铁和氯化铜；
（4）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），据此溶液中氢离子的浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3；

解答 解：（1）发生反应：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根据盖斯定律，①-③×2+②×④可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反应热化学方程式为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol；
（2）电池放电时的总反应为：4Li+FeS₂═Fe+2Li₂S，正极发生还原反应，FeS₂获得电子生成Fe、S^2-，正极电极反应式为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-，
故答案为：FeS₂+4e^-=Fe+2S^2-；
（3）FeCl₃在水中水解产生氢氧化铁胶体，Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，胶体能吸附水中的悬浮物，所以FeCl₃ 能净水；FeCl₃与Cu反应生成氯化亚铁和氯化铜，其反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
故答案为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，Fe³⁺水解，生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（4）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），则c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，则溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案为：2；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3，配平后离子方程式为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；

点评 本题考查热化学方程式书写、氧化还原反应方程式的配平、原电池原理、盐类水解影响因素等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用难度，难度中等．