Question

【题目】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5.6 g的生铁与足量的稀硫酸混合反应，无论怎样进行实验，最终收集的气体体积均小于2.24 L(标准状况)，最主要的原因是_____________________；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：___________。

(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为ZnFe2O4ZnFe2Ox。若上述转化反应中消耗的n(ZnFe2O4)∶n(H2)＝2∶1，x的值为________。请写出 ZnFe2Ox与NO2反应的化学方程式：_________________________(x用前一问求出的具体值)。

(3)LiFePO4(难溶于水)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，则反应的化学方程式为___________________________。

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，它把正极与负极隔开)工作原理为FePO4＋LiLiFePO4。则放电时正极上的电极反应式为___________________________________。

(4)已知25 ℃时Ksp[Fe(OH3)]＝4.0×10－38，此温度下若在实验室中配制5 mol·L－1 100 mL FeCl3溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入______ mL 2 mol·L－1的盐酸(忽略加入盐酸时溶液体积的变化)。

Answer 1

【答案】 生铁中含有碳等杂质 4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 3.5 2NO2＋8ZnFe2O3.5N2＋8ZnFe2O4 2FePO4＋Li2CO3＋2C2LiFePO4＋3CO↑ FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 2.5

【解析】（1）生铁中含有碳元素等物质，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；（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；ZnFe2O3.5与NO2 反应生成N2和ZnFe2O4，其反应方程式为：2NO2＋8ZnFe2O3.5N2＋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，由此可写出对应的反应式：2FePO4＋Li2CO3＋2C2LiFePO4＋3CO↑；②已知FePO4＋LiLiFePO4，FePO4中Fe元素得电子，则放电时FePO4在正极发生得电子的还原反应，正极的方程式为：FePO4＋Li＋＋e－＝LiFePO4；（4）若不出现浑浊现象，则c（Fe3+）×c3（OH-）≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有关数据后可求出c（OH-）≤2×10-13mol/L，c（H+）≥0.0025mol/L，因此至少要加入2.5mL相应的盐酸。