Question

13．鐵及其化合物在日常生活中應(yīng)用廣泛．
（1）五羰基鐵[Fe（CO）₅]相當(dāng)活潑，能吸收H₂生成四羰基鐵酸[H₂Fe（CO）₄]，四羰基鐵酸與NaOH反應(yīng)生成的四羰基鐵酸二鈉水溶液呈堿性，五碳基鐵吸收H₂的化學(xué)式方程為Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO．四羰基鐵酸在水溶液中的電離方程式為H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺．
（2）N₂H₄能使鍋爐內(nèi)壁的鐵銹（主要成分為Fe₂O₃）轉(zhuǎn)變成磁性氧化鐵（Fe₃O₄）層，從而減緩鍋爐銹蝕，反應(yīng)過程中N₂H₄轉(zhuǎn)化為氮?dú)�，則每生成1 molFe₃O₄轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol．
（3）分析表明，鐵在濃硫酸中發(fā)生鈍化時生成的氧化物中Fe、O兩元素的質(zhì)量比為28：11，則該氧化物的化學(xué)式為Fe₈O₁₁．
（4）常溫下，用氧缺位鐵酸鋅ZnFe₂O_y可以消除NO_x污染，使NO_x轉(zhuǎn)變?yōu)镹₂，同時ZnFe₂O_y轉(zhuǎn)變?yōu)閆nFe₂O₄．若2 mol ZnFe₂O_y與足量NO₂反應(yīng)可生成0.5 mol N₂，則y=3．
（5）工業(yè)上常采用如圖所示的電解裝置，利用鐵的化合物將氣態(tài)廢棄物中的硫化氫轉(zhuǎn)化為可利用的硫．先通過電解，電解一段時間后通入H₂S時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（CN）₄]^3-+2CO₃^2-+H₂S═2[Fe（CN）₄]^4-+2HCO₃^-+S↓．電解時，陽極的電極反應(yīng)式為[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；電解過程中陰極區(qū)溶液的pH變大（填“變大”“變小”或“不變”）．
（6）納米級Fe₃O₄是磁流體中的重要粒子，常溫下降NH₃通入1L含0.1 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的酸性混合溶液中至pH=10時，可得到納米級Fe₃O₄．
①含1.0 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的1L酸性混合溶液中，c（SO₄^2-）：[c（Fe³⁺）+c（Fe²⁺）]＞（填“＞”“＜”或“=”）4：3．
②當(dāng)通入NH₃至溶液的pH值為3時，所得溶液中c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2.5×10⁴．（溶液體積變化忽略不計，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38）．

Answer 1

分析 （1）氫化羰基鐵為二元弱酸，結(jié)合原子守恒分析書寫化學(xué)方程式；氫化羰基鐵為二元弱酸，在溶液中分兩步電離；
（2）根據(jù)Fe₃O₄可以寫成FeO•Fe₂O₃，可知1個Fe₃O₄中有2個鐵為+3價，1個鐵為+2價來解答；
（3）由鐵元素與氧元素的質(zhì)量比得出該氧化物中鐵與氧的個數(shù)比，據(jù)此寫出化學(xué)式即可；
（4）依據(jù)氧化還原反應(yīng)的電子守恒計算ZnFe₂O_y中Fe元素化合價，再根據(jù)化合物中的元素化合價代數(shù)為0計算y的值；
（5）電解時陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，將[Fe（CN）₆]^4-轉(zhuǎn)化為Fe（CN）₆]^3-，化合價升高；陰極反應(yīng)式為2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，據(jù)此判斷；
（6）①Fe³⁺和Fe²⁺在溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，其物質(zhì)的量減少；
②pH為3時，c（OH^-）=10^-11mol/L，結(jié)合K_sp（Fe（OH）₂）=c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=8.0×10^-38，K_sp（Fe（OH）₃）=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38計算c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）．

解答 解：（1）Fe與CO可形成五羰基鐵[Fe（CO）₅]，該化合物相當(dāng)活潑，易于吸收H₂生成氫化羰基鐵．氫化羰基鐵為二元弱酸，可與NaOH反應(yīng)生成四羰基鐵酸二鈉，依據(jù)題干信息推知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；
氫化羰基鐵為二元弱酸，在溶液中分兩步電離，其電離方程式為：H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺；
故答案為：Fe（CO）₅+H₂=H₂Fe（CO）₄+CO；H₂Fe（CO）₄?HFe（CO）₄^-+H⁺，HFe（CO）₄^-?Fe（CO）₄^2-+H⁺；
（2）因Fe₃O₄可以寫成FeO•Fe₂O₃，可知1個Fe₃O₄中有2個鐵為+3價，1個鐵為+2價，所以由Fe₂O₃形成一個Fe₃O₄得到1個電子，則每生成1mol Fe₃O₄，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol；
故答案為：1mol；
（3）設(shè)該氧化物的化學(xué)式為Fe_xO_y，
則56x：16y=28：11，
所以x：y=8：11．
故該化學(xué)式為：Fe₈O₁₁．
故答案為：Fe₈O₁₁；
（4）2mol ZnFe₂O_y與足量NO₂可生成0.5mol N₂，則ZnFe₂O_y被還原為ZnFe₂O₄，令ZnFe₂O_y中鐵元素的化合價為a，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知2mol×2×（3-a）=0.5mol×2×4，解得a=2，化合價代數(shù)和為0，則2+2×2=2y，解得y=3，
故答案為：3；
（5）電解時陽極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，將[Fe（CN）₆]^4-轉(zhuǎn)化為Fe（CN）₆]^3-，化合價升高，則陽極的反應(yīng)為：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；陰極反應(yīng)式為2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，由于CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-，所以堿性增強(qiáng)，則pH變大；
故答案為：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；變大；
（6）①Fe³⁺和Fe²⁺在溶液中發(fā)生水解反應(yīng)，其物質(zhì)的量減少，則1.0 molFe₂（SO₄）₃和1.0mol FeSO₄的混合溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物質(zhì)的量之和小于3mol，而硫酸根離子的物質(zhì)的量為4mol，所以c（SO₄^2-）：[c（Fe³⁺）+c（Fe²⁺）]＞4：3；
故答案為：＞；
②pH為3時，c（OH^-）=10^-11mol/L，則1.0mol FeSO₄溶液中c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=10^-22＜8.0×10^-16，沒有沉淀生成，則c（Fe²⁺）=1.0mol/L，
由K_sp（Fe（OH）₃）=4.0×10^-38可知，c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=4×10^-5mol/L，則c（Fe²⁺）：c（Fe³⁺）=2.5×10⁴，
故答案為：2.5×10⁴．

點(diǎn)評 本題以鐵的化合物的性質(zhì)為知識背景，考查了弱電解質(zhì)的電離、鹽的水解原理的應(yīng)用、電解原理的應(yīng)用、溶度積常數(shù)的計算等，題目綜合性較強(qiáng)，難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力和計算能力．