Question

3．運用化學原理知識研究化學對于人類的生產(chǎn)生活、科研意義重大．
（1）工業(yè)上以黃銅礦（主要成分：CuFeS₂，其中S為-2價）為原料，采用火法熔煉工藝生產(chǎn)粗銅．CuFeS₂中Fe的化合價為+2，熔煉過程中所得爐渣的主要成分有FeO、Fe₂O₃、SiO₂，Al₂O₃等，若要利用爐渣制取鐵紅，下列實驗操作不需要的是C（填寫字母代號）．
A．溶解    B．過濾    C．蒸發(fā)結晶    D．灼燒
（2）Mg（OH）₂是水垢的主要成分之一，用氯化銨溶液浸泡：可以溶解Mg（OH）₂，請結合沉淀溶解平衡移動原理解釋其原因溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化銨溶液浸泡時，發(fā)生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促進Mg（OH）₂的溶解．
（3）研究發(fā)現(xiàn)CuCl₂溶液中銅、氯元素的存在形式為Cu（H₂O）₄²⁺、CuCl₄^2-，電解CuCl₂溶液一段時間，陽極產(chǎn)生2.24L（標準狀況）黃綠色氣體，陰極析出紅色物質(zhì)，試計算該過程中共轉(zhuǎn)移電子0.2mol，若要使電解質(zhì)溶液恢復至原濃度，應向電解后的溶液中加入（填化學式及物質(zhì)質(zhì)量）13.5gCuCl₂．
（4）Na₂FeO₄是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑．電解法制備Na₂FeO₄的裝置如圖所示：
請根據(jù)圖示回答：電解過程的化學方程式為Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；電路中每通過0.6mol電子在Ni電極上產(chǎn)生的氣體在標況下的體積為6.72L．

Answer 1

分析 （1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合價為+2價，S為-2價；利用爐渣制取鐵紅，可加入氫氧化鈉溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼燒可得鐵紅；
（2）溶液中存在氫氧化鎂的溶解平衡，電離出的氫氧根離子可與銨根離子結合生成一水合氨，平衡右移；
（3）電解CuCl₂溶液一段時間，陽極產(chǎn)生2.24L（標準狀況）黃綠色氣體，發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，陰極析出紅色物質(zhì)，生成銅，電極方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）利用電解法制備Na₂FeO₄，F(xiàn)e作陽極，堿性條件下Fe失電子轉(zhuǎn)化為FeO₄^2-離子，陽極電極反應式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni為陰極，發(fā)生還原反應，氫離子放電生成氫氣，陰極電極反應式為：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，F(xiàn)eO₄^2-離子氧化性很強，容易在陰極被還原，需要用用陽離子交換膜，防止生成的FeO₄^2-離子在陰極被還原；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，計算生成氫氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計算氫氣體積．

解答 解：（1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合價為+2價，S為-2價，
利用爐渣制取鐵紅，可加入氫氧化鈉溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼燒可得鐵紅，需要的操作為溶解、過濾、灼燒，不需要蒸發(fā)結晶，
故答案為：+2；C；
（2）溶液中存在氫氧化鎂的溶解平衡Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），電離出的氫氧根離子可與氯化銨電離出的銨根離子結合生成一水合氨，平衡右移，促進Mg（OH）₂的溶解，
故答案為：溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化銨溶液浸泡時，發(fā)生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促進Mg（OH）₂的溶解；
（3）電解CuCl₂溶液一段時間，陽極產(chǎn)生2.24L（標準狀況）黃綠色氣體，發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，
陰極析出紅色物質(zhì)，生成銅，電極方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu，則陰極析出0.1molCu，質(zhì)量為m（CuCl₂）=0.1mol×135.5g/mol=13.5g，則若要使電解質(zhì)溶液恢復至原濃度，應向電解后的溶液中加入13.5gCuCl₂，
故答案為：0.2；13.5gCuCl₂；
（4）利用電解法制備Na₂FeO₄，F(xiàn)e作陽極，堿性條件下Fe失電子轉(zhuǎn)化為FeO₄^2-離子，陽極電極反應式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni為陰極，發(fā)生還原反應，氫離子放電生成氫氣，陰極電極反應式為：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，所以電池反應式為：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，標況下氫氣體積為0.3mol×22.4L/mol=6.72L；
故答案為：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側(cè)重于學生分析能力和計算能力的考查，題目涉及電極判斷與電極反應式書寫等問題，做題時注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負極以及電極方程式的書寫，本題中難點和易錯點為電極方程式的書寫，注意化合價的變化．