Question

【題目】某反應中反應物與生成物有FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。

(1)將上述反應設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____(填化學式)；

②Cu電極上發生的電極反應式為________；

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-”)不斷進入X溶液中。

(2)將上述反應設計成的電解池如圖乙所示，乙燒杯中金屬陽離子的物質的量與電子轉移的物質的量的變化關系如圖丙，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當電子轉移為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，具有很多優點。

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

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

(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點發生反應的離子方程式____。

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

Answer 1

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

【解析】

(1)原電池中負極發生氧化反應，正極發生還原反應，電子由負極流向正極，溶液中的陽離子向正極移動，據此進行分析；

(2)①根據圖丙可知，溶液中有三種陽離子，而根據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，據此分析裝置中的電解池的陰陽極和電源的正負極；

②根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量變化進行分析；

③當電子轉移為2mol時，溶液中有Fe3+為2mol，Fe2+為3mol，Cu2+為1mol，據此計算出完全沉淀三種離子所需要加入NaOH的量，進而求出 NaOH溶液的體積；

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

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

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

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Ba2++SO42-=BaSO4↓、Al3++3OH-=Al（OH）3↓、Al3++4OH-=AlO2-+2H2O進行分析計算出溶液中的沉淀量。

(1) ①根據反應物和生成物可以確定該反應為：2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2；結合圖丙可知X溶液為FeCl3和FeCl2溶液；

故答案是：FeCl3和FeCl2溶液；

②Cu做負極，發生氧化反應，發生的電極反應式為Cu-2e-=Cu2+；

故答案是：Cu-2e-=Cu2+；

③原電池工作時，電子由負極流向正極，根據圖甲可知，銅做負極，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+不斷進入X溶液中；

故答案是：從左到右；K+；

(2)①根據圖丙可知，溶液中有三種陽離子，而根據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是負極，N為正極；

故答案是：負；

②根據轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量變化，可以推知：①為Fe3+；②為Fe2+ ；③為Cu2+；

故答案是：Fe2+；

③當電子轉移為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電解時陽極發生氧化反應，根據Fe+2NaOH+2H2ONa2FeO4+3H2↑反應可知，電解時陽極的電極反應式是：Fe+8OH--6e-FeO42- +4H2O；

故答案是：Fe+8OH--6e-FeO42-+4H2O；

②強堿性介質中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，該反應的離子方程式為. 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，反應為：Al3++3OH-=Al（OH）3↓；30-40mL時，沉淀量不變，反應為：NH4++OH-=NH3H2O；40-50mL時，氫氧化鋁溶解：Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O；所以m點發生反應的離子方程式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Ba2++SO42-=BaSO4↓可知，n（Ba2+）過量，按n（SO42-）計算可知n(BaSO4)= n（SO42-）=0.02mol；根據Al3++4OH-=AlO2-+2H2O可知，如果n（Al3+）=0.01mol全部反應，消耗n（OH-）=0.04mol，已知n（OH-）=0.048mol，因此堿過量，沒有沉淀產生；最終溶液中產生沉淀為硫酸鋇，物質的量為0.02mol；

故答案是：0.02。