Question

【題目】某反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物有FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。

(1)將上述反應(yīng)設(shè)計成的原電池如圖甲所示，請回答下列問題：

①圖中X溶液是____(填化學(xué)式)；

②Cu電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為________；

③原電池工作時，電子通過電流計的方向是____(填“從左到右”或“從右到左”)；鹽橋中的____(填“K+”或“Cl-”)不斷進(jìn)入X溶液中。

(2)將上述反應(yīng)設(shè)計成的電解池如圖乙所示，乙燒杯中金屬陽離子的物質(zhì)的量與電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量的變化關(guān)系如圖丙，請回答下列問題：

①M是____極；

②圖丙中的②線是____(填離子)的變化。

③當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為2mol時，向乙燒杯中加入____L 5 mol·L-1NaOH溶液才能使所有的金屬陽離子沉淀完全。

(3)鐵的重要化合物高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型飲用水消毒劑，具有很多優(yōu)點。

①高鐵酸鈉的生產(chǎn)方法之一是電解法，其原理為Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑，則電解時陽極的電極反應(yīng)式是__________。

②高鐵酸鈉的生產(chǎn)方法之二是在強堿性介質(zhì)中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，該反應(yīng)的離子方程式為_______。

(4)向10mL1mol·L－1NH4Al(SO4)2溶液中滴加1mol·L－1NaOH溶液，沉淀的物質(zhì)的量隨加入NaOH溶液體積的變化如圖所示（滴加過程無氣體放出）。

①寫出m點發(fā)生反應(yīng)的離子方程式____。

②若在該鹽溶液中改加20mL1.2mol·L－1Ba(OH)2溶液，充分反應(yīng)后，溶液中產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)的量為____________mol。

Answer 1

【答案】FeCl3和FeCl2溶液 Cu-2e-=Cu2+ 從左到右 K+ 負(fù) Fe2+ 2.8 Fe+8OH--6e-Fe+4H2O 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2Fe+3Cl-+5H2O NH4++OH-=NH3H2O 0.02

【解析】

(1)原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電子由負(fù)極流向正極，溶液中的陽離子向正極移動，據(jù)此進(jìn)行分析；

(2)①根據(jù)圖丙可知，溶液中有三種陽離子，而根據(jù)X溶液的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu2+生成，據(jù)此分析裝置中的電解池的陰陽極和電源的正負(fù)極；

②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量變化進(jìn)行分析；

③當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為2mol時，溶液中有Fe3+為2mol，Fe2+為3mol，Cu2+為1mol，據(jù)此計算出完全沉淀三種離子所需要加入NaOH的量，進(jìn)而求出 NaOH溶液的體積；

(3)①電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，因此根據(jù)Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑反應(yīng)寫出電解時陽極的電極反應(yīng)式；

②強堿性介質(zhì)中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，據(jù)此寫出該反應(yīng)的離子方程式；

(4) ①向NH4Al(SO4)2溶液中滴加1mol·L－1NaOH溶液，0-30mL時，反應(yīng)為：Al3++3OH-=Al（OH）3↓；30-40mL時，沉淀量不變，反應(yīng)為：NH4++OH-=NH3H2O；40-50mL時，氫氧化鋁溶解：Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；據(jù)此進(jìn)行分析m點發(fā)生的反應(yīng)；

②計算出20mL1.2mol·L－1Ba(OH)2溶液中n（Ba2+）和n（OH-）=0.048mol；10mL1mol·L－1NH4Al(SO4)2溶液中n（Al3+）和n（SO42-）；然后根據(jù)Ba2++SO42-=BaSO4↓、Al3++3OH-=Al（OH）3↓、Al3++4OH-=AlO2-+2H2O進(jìn)行分析計算出溶液中的沉淀量。

(1) ①根據(jù)反應(yīng)物和生成物可以確定該反應(yīng)為：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2；結(jié)合圖丙可知X溶液為FeCl3和FeCl2溶液；

故答案是：FeCl3和FeCl2溶液；

②Cu做負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生的電極反應(yīng)式為Cu-2e-=Cu2+；

故答案是：Cu-2e-=Cu2+；

③原電池工作時，電子由負(fù)極流向正極，根據(jù)圖甲可知，銅做負(fù)極，因此電子通過電流計的方向是從左到右；石墨電極為正極，陽離子向正極移動，所以鹽橋中的K+不斷進(jìn)入X溶液中；

故答案是：從左到右；K+；

(2)①根據(jù)圖丙可知，溶液中有三種陽離子，而根據(jù)X溶液的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu2+生成，因此，銅做陽極，石墨做陰極，所以M是負(fù)極，N為正極；

故答案是：負(fù)；

②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量變化，可以推知：①為Fe3+；②為Fe2+ ；③為Cu2+；

故答案是：Fe2+；

③當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為2mol時，溶液中有Fe3+為2mol，Fe2+為3mol，Cu2+為1mol；所以需要加入NaOH的量為（2×3+3×2+1×2）mol=14mol時，才能保證上述三種陽離子沉淀完全，故NaOH溶液的體積為14mol÷5 mol·L-1=2.8L；

故答案是：2.8；

(3)①電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，根據(jù)Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑反應(yīng)可知，電解時陽極的電極反應(yīng)式是：Fe+8OH--6e-FeO42- +4H2O；

故答案是：Fe+8OH--6e-FeO42-+4H2O；

②強堿性介質(zhì)中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，該反應(yīng)的離子方程式為. 2Fe(OH)3+3ClO-+4OH- 2FeO42-+3Cl-+5H2O；

故答案是：2Fe(OH)3+3ClO-+4OH-2FeO42-+3Cl-+5H2O；

(4) ①向NH4Al(SO4)2溶液中滴加1mol·L－1NaOH溶液，0-30mL時，反應(yīng)為：Al3++3OH-=Al（OH）3↓；30-40mL時，沉淀量不變，反應(yīng)為：NH4++OH-=NH3H2O；40-50mL時，氫氧化鋁溶解：Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；所以m點發(fā)生反應(yīng)的離子方程式NH4++OH-=NH3H2O；

故答案是：NH4++OH-=NH3H2O；

②20mL1.2mol·L－1Ba(OH)2溶液中n（Ba(OH)2）=0.02L×1.2mol·L－1=0.024mol；n（Ba2+）0.024mol，n（OH-）=0.048mol；10mL1mol·L－1NH4Al(SO4)2溶液中n（NH4Al(SO4)2）=0.01L×1mol·L－1=0.01mol；n（Al3+）=0.01mol，n（SO42-）=0.02mol；根據(jù)Ba2++SO42-=BaSO4↓可知，n（Ba2+）過量，按n（SO42-）計算可知n(BaSO4)= n（SO42-）=0.02mol；根據(jù)Al3++4OH-=AlO2-+2H2O可知，如果n（Al3+）=0.01mol全部反應(yīng)，消耗n（OH-）=0.04mol，已知n（OH-）=0.048mol，因此堿過量，沒有沉淀產(chǎn)生；最終溶液中產(chǎn)生沉淀為硫酸鋇，物質(zhì)的量為0.02mol；

故答案是：0.02。