Question

17．Na、Fe、Cu、Al是常见的金属元素，请按要求回答下列问题：
（1）一定条件下，2.3g的Na与O₂完全反应生成3.6g产物时失去的电子数为0.1N_A．
（2）向氯化铜溶液中加入一定量的铁粉和铝粉混合物，充分反应后，下列情况可能出现的是ab（填字母）．
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物为Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物为Cu、Al
（3）将一定质量的铁、铝、铜合金，加入1L一定物质的量浓度的硝酸中，合金完全溶解，测得溶液中（忽略溶液体积的变化）c（H⁺）=0.5mol•L^-1，c（Cu²⁺）=0.3mol•L^-1，c（Al³⁺）=0.2mol•L^-1，c（NO${\;}_{3}^{-}$）=2mol•L^-1，则混合物中铁的质量最少为5.6g．
（4）铁的某种氧化物的化学式表示为Fe_xO（x＜1），已知铁元素在该氧化物中的质量分数为75%，则x=0.86（精确至0.01）．
（5）Na-Al/FeS是一种可充电电池，电池中用含Na⁺导电固体作为电解质，在工作过程中Na⁺的物质的量保持不变．
①若该正极的电极反应式表示为2Na⁺+FeS+2e^-═Na₂S+Fe，则电池的负极反应式可表示为2Na-2e^-=2Na⁺；充电时，阳极发生反应的物质是Na₂S、Fe．
②用该电池作电源，组成如图所示装置，若通电5min时，铜电极质量增加1.08g，则该电源电极X名称为负极．图中装置A、B的pH变化为A增大、B不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）求出钠的物质的量，然后根据钠元素的化合价变化来分析；
（2）铝和铁都能把位于其后的金属从其盐溶液中置换出来，但铝的活泼性强于铁，铝先与盐溶液反应，然后铁与与盐溶液反应；
（3）根据溶液中含有硝酸，所以铁元素以Fe³⁺的形式存在，根据电荷守恒c（H⁺）+2c（Cu²⁺）+3c（Al³⁺）+3c（Fe³⁺）=c（NO₃^-），据此计算c（Fe³⁺），进而计算n（Fe³⁺），再根据Fe元素守恒计算原混合物中Fe的质量；
（4）计算氧元素质量分数，根据化学式中元素质量之比列方程计算；
（5）①Na和Al都属于金属，合金中Na较Al活泼，根据正极反应式知，原电池的电极材料Na-Al/FeS，判断出负极材料为Na，失去电子，化合价升高；又知该电池中正极的电极反应式为：2Na⁺+FeS+2e^-=Na₂S+Fe，所以电池总反应为：2Na+FeS=Na₂S+Fe，充电时为电解池原理，阳极发生氧化反应，失去电子，化合价升高；
②若通电5min时，铜电极质量增加1.08g，说明Cu为阴极，则X为负极，Y为正极，结合电极方程式解答该题．

解答 解：（1）2.3g钠的物质的量为0.1mol，而钠无论反应后产物是什么，钠元素反应后一定变为+1价，故0.1mol钠失去0.1mol电子，则失去的电子数为0.1N_A；
故答案为：0.1N_A；
（2）a．铝粉、铁粉都全部与溶液反应，且溶液过量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu，故a正确；
b．铝粉部分与溶液反应、铁粉与溶液未反应，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu、Fe，故b正确；
c．铝粉氯化铜溶液反应生成氯化亚铁和铜，不可能生成Fe³⁺，故c错误；
d．铝先与氯化铜溶液反应，然后铁与氯化铜溶液反应，只要铝剩余，铁与氯化铜溶液就不反应，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d错误；
故选：ab；
（3）溶液中含有硝酸，所以铁元素以Fe³⁺的形式存在，溶液中的电荷守恒：c（H⁺）+2c（Cu²⁺）+3c（Al³⁺）+3c（Fe³⁺）=c（NO₃^-），即 0.5mol/L+0.3mol/L×2+0.2mol/L×3+3c（Fe³⁺）=2mol/L，解得：c（Fe³⁺）=0.1mol/L，n（Fe³⁺）=0.1mol/L×1L=0.1mol，故m（Fe）=0.1mol×56g/mol=5.6克，
故答案为：5.6g；
（4）铁的某种氧化物的化学式表示为Fe_x0（x＜1），铁元素在该氧化物中的质量分数为75%，则氧元素质量分数为25%，故56x：16=75%：25%，解得x=0.86，
故答案为：0.86；
（5）①Na性质活泼，易失去电子而被氧化，应为原电池的负极，电极方程式为2Na-2e^-=2Na⁺，充电时，阳极发生氧化反应，电极方程式为Na₂S+Fe-2e^-=2Na⁺+FeS，则阳极发生反应的物质是Na₂S、Fe，
故答案为：2Na-2e^-=2Na⁺；Na₂S、Fe；
②若通电5min时，铜电极质量增加1.08g，说明Cu为阴极，则X为负极，Y为正极，A为电解KCl溶液，电解方程式为2KCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KOH+H₂↑+Cl₂↑，溶液pH增大，C中阳极上Ag失电子、阴极上银离子得电子，则溶液中氢离子或氢氧根离子浓度不变，溶液的pH不变，
故答案为：负极；增大；不变．

点评 本题考查的知识点较多，涉及元素化合物性质、混合物计算、原电池和电解原理等知识点，侧重于学生的分析能力的考查，题目难度中等．注意溶液中的电荷守恒的应用．