Question

13．铁是目前人类使用量最大的金属，它能形成多种化合物．
（1）取5.6g的生铁与足量的稀硫酸混合反应，无论怎样进行实验，最终收集了的气体体积均小于2.24L（标准状况），最主要的原因是生铁中含有碳等杂质，所得溶液在长时间放置过程中会慢慢出现浅黄色，试用离子方程式解释这一变化的原因4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（2）ZnFe₂Ox是一种新型纳米材料，可将工业废气中的某些元素转化为游离态，制取纳米ZnFe₂Ox 和用于除去废气的转化关系如图ZnFe₂O₄$?_{CO_{2}、NO_{2}、SO_{2}/常温}^{H_{2}/高温}$ZnFe₂O_x．若上述转化反应中消耗的n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1，x的值为3.5．请写出 ZnFe₂Ox与NO₂ 反应的化学方程式2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄（x用前一问求出的具体值）．
（3）LiFePO₄（难溶干水）材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一．
①以 FePO₄（难溶于水）、Li₂CO₃、单质碳为原料在高温下制备LiFePO₄，该反应还生成一种可燃性气体，则反应方程式为2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．
②磷酸铁锂动力电池有几种类型，其中一种（中间是锂离子聚合物的隔膜，它把正极与负桩隔开）工作原理为FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄．则放电时正极上的电极反应式为FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．
（4）已知25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此温度下若在实验室中配制5mol/L 100mL FeCl₃溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加人2mol/L的盐酸2.5ml（忽略加入盐酸体积）．

Answer 1

分析 （1）生铁中含有碳元素等物质，故5.6g铁物质的量少于0.1mol，与HCl反应生成的气体偏少；溶液变黄色说明Fe²⁺被氧气氧化为Fe³⁺；
（2）当反应中n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1时，依得失电子守恒原理可求出铁的价态为升高了0.5价，由此可求出x=3.5，根据元素守恒和电子守恒分析；
（3）①可燃性气体是CO，反应过程中铁元素由+3价降低到+2价，Li₂CO₃中的碳元素由+4价降低到+2价，结合元素守恒和电子守恒配平方程式；
②放电时正极上Fe元素得电子发生还原反应．
（4）若不出现浑浊现象，则c（Fe³⁺）×c³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有关数据后可求出c（OH^-）≤2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥0.05mol/L，故至少要加入2.5ml相应的盐酸．

解答 解：（1）生铁中含有碳元素等物质，故5.6g铁物质的量少于0.1mol，生成的氢气的体积少于2.24L（标准状况）；变黄色说明有Fe³⁺生成，是由Fe²⁺被氧气氧化所导致的，其反应的离子方程式为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：生铁中含有碳等杂质；4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（2）当反应中n（ZnFe₂O₄）：n（H₂）=2：1时，依得失电子守恒原理可求出铁的价态为升高了0.5价，由此可求出x=3.5； ZnFe₂O_3.5与NO₂ 反应生成N₂和ZnFe₂O₄，其反应方程式为：2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
故答案为：3.5；2NO₂+8ZnFe₂O_3.5=N₂+8ZnFe₂O₄；
（3）①可燃性气体是CO，反应过程中铁元素由+3价降低到+2价，Li₂CO₃中的碳元素由+4价降低到+2价，由此可得对应的反应式：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；
故答案为：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；
②已知FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，FePO₄中Fe元素得电子，则放电时FePO₄在正极发生得电子的发生还原反应，正极的方程式为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
故答案为：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（4）若不出现浑浊现象，则c（Fe³⁺）×c³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有关数据后可求出c（OH^-）≤2×10^-13mol/L，则c（H⁺）≥0.05mol/L，故至少要加入盐酸体积为$\frac{0.1L×0.05mol/L}{2mol/L}$=0.0025L=2.5mL，
故答案为：2.5．

点评 本题考查了氧化还原反应、电极反应式、化学方程式的书写、溶度积有关计算等，题目难度中等，侧重于基础知识的综合应用考查．