Question

4．科研、生產中常涉及鐵及其化合物．
（1）實驗室配制FeSO₄溶液時，常向溶液中加入的物質有稀硫酸、鐵粉．
（2）高鐵酸鹽在能源、環(huán)保等方面有著廣泛的用途，高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種理想的水處理劑，處理水時所起的作用是殺菌劑和吸附劑．
（3）高鐵電池是一種新型可充電、長時間保持穩(wěn)定放電電壓的電池．該電池總反應式為3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH$?_{放電}^{充電}$3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O，該電池放電時的負極反應為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，充電時陽極附近溶液的pH變小（填“變大”、“不變”或“變小”）．
（4）高爐煉鐵過程中發(fā)生下列反應：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kj•mol^-1
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kj•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+641.4kj•mol^-1
請你寫出用CO還原FeO固體制得Fe和CO₂氣體的熱化學方程式CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol．
（5）已知：K_sp[FeS]=6.5×10^-18，K_sp[CuS]=1.3^-36．向濃度均為0.1mol•L^-1的FeSO₄ 和CuSO₄的混合溶液中滴加Na₂S溶液，請寫出首先生成沉淀的離子方程式S^2-+Cu²⁺=CuS↓，當加入Na₂S溶液至出現兩種沉淀，則c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=5×10¹⁸．

Answer 1

分析 （1）FeSO₄具有還原性，易水解；
（2）K₂FeO₄具有強氧化性，可用于殺菌消毒，可生成Fe（OH）₃，具有吸附性；
（3）放電時Zn為負極，電極方程式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，K₂FeO₄在正極上發(fā)生還原反應，電極方程式為FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；充電時電池的正極與電源的正極相連為陽極，陽極發(fā)生氧化反應，充電時的反應為放電的逆反應；
（4）利用蓋斯定律將①×3-②-③×2可得；
（5）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），先生成CuS沉淀，當加入Na₂S溶液至出現兩種沉淀，根據K_sp[FeS]計算c（S^2-），再根據K_sp[CuS]計算c（Cu²⁺）．

解答 解：（1）FeSO₄具有還原性，易水解，為防止氧化，可加入鐵粉，為防止水解，可加入適量硫酸，故答案為：稀硫酸、鐵粉；
（2）K₂FeO₄具有強氧化性，可用于殺菌消毒，可生成Fe（OH）₃，具有吸附性，可用于凈水，故答案為：殺菌劑和吸附劑；
（3）Zn為負極，電極方程式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，充電時陽極反應為：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，pH變小，
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；變小；
（4）已知：①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kj•mol^-1
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kj•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+641.4kj•mol^-1，
①×3-②-③×2得 6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（s）+6CO₂（g）△H=（-24.8kJ/mol）×3-（-47.2kJ/mol）-（+640.5kJ/mol）×2=-1308.0kJ/mol，
即 CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol，
故答案為：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol；
（5）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同條件下CuS的溶解度更小，沉淀會向著生成CuS的方向進行，反應的離子方程式為S^2-+Cu²⁺=CuS↓，
當加入Na₂S溶液至出現兩種沉淀，此時c（S^2-）=$\frac{6.5×1{0}^{-18}}{0.1}$mol/L=6.5×10^-17mol/L，c（Cu²⁺）=$\frac{1.3×1{0}^{-36}}{6.5×1{0}^{-17}}$mol/L=2×10^-20mol/L，
則c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=0.1：2×10^-20=5×10¹⁸，
故答案為：S^2-+Cu²⁺=CuS↓；5×10¹⁸．

點評 本題考查較為綜合，涉及原電池、熱化學方程式、難溶電解質的溶解平衡等問題，為高考常見題型，側重于學生的分析能力的考查，注意把握答題思路，難度中等．