Question

Ⅰ．工業上可用煤制天然氣，生產過程中有多種途徑生成CH₄．寫出CO₂與H₂反應生成 CH₄和H₂O的熱化學方程式．
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
Ⅱ．電子產品產生的大量電子垃圾對環境構成了極大的威脅．某化學興趣小組將一批廢棄的線路板簡單處理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金屬的混合物，并設計出如下制備硫酸銅和硫酸鋁晶體的路線：

按要求回答下列問題：
（1）濾渣1中存在的金屬有

 

．
（2）已知沉淀物的pH如下表：

	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物沉淀完全時的pH
Fe2+	7.0	9.0
Fe3+	1.9	3.7
Cu2+	4.9	6.7
Al3+	3.0	4.4

①則操作②中X物質最好選用的是

 

（填編號）
a．酸性高錳酸鉀溶液    b．漂白粉    c．氯氣       d．雙氧水
②理論上應控制溶液pH的范圍是

 

．
（3）用一個離子方程式表示在酸浸液中加入適量鋁粉的反應：

 

．
（4）由CuSO₄?5H₂O制備CuSO₄時，應把CuSO₄?5H₂O放在

 

（填儀器名稱）中加熱脫水．
（5）現在某些電器中使用的高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，該電池能長時間保持穩定的放電電壓．高鐵電池的總反應為：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O

放電

充電

3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，
該電池放電時負極反應式為

 

，每有1mol K₂FeO₄被還原，轉移電子的物質的量為

 

，充電時陽極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質,金屬的回收與環境、資源保護

專題：化學反應中的能量變化,電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：Ⅰ．根據蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；
Ⅱ．（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發生了反應，所以濾渣1的成分是Pt和Au；
（2）①根據雙氧水具有氧化性且被還原為水，產物無雜質無污染進行分析；
②依據流程分析，加入氧化劑后亞鐵離子被氧化為鐵離子，加入氫氧化鈉調節溶液PH使鐵離子和鋁離子全部沉淀，銅離子不沉淀，據此判斷pH的范圍；
（3）濾渣2為氫氧化鐵和氫氧化鋁的混合物，加入酸溶液后生成了鐵離子、鋁離子，向該溶液中加入鋁粉，鐵離子與鋁反應生成鐵和鋁離子，據此寫出反應的離子方程式；
（4）加熱硫酸銅晶體時需要放在坩堝中進行；
（5）放電時，Zn為負極，失去電子，發生電極反應：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
根據K₂FeO₄中鐵的化合價由+6變化為+3，化合價降低3；
正反應中Fe元素的化合價降低，K₂FeO₄為正極，則充電時為陽極，發生氧化反應：2Fe（OH）₃+10OH^--6e^-=2FeO₄^2-+8H₂O．

解答： 解：Ⅰ．已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
根據蓋斯定律，②+③-①×2得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）稀硫酸、濃硝酸混合酸后加熱，Cu、Al、Fe發生反應生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，Au、Pt和酸不反應，所以濾渣是Au、Pt，
故答案為：Au、Pt；
（2）①第②步加入試劑X的作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，雙氧水與亞鐵離子的反應為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，雙氧水做氧化劑被還原后為水，不引入雜質，對環境無污染，而高錳酸鉀溶液、漂白粉、氯氣做氧化劑，反應后引進了裝置，且污染環境，所以試劑X最好選用雙氧水，
故答案為：d；
②調溶液PH的目的是使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，依據圖表數據分析可知，鐵離子完全沉淀時溶液pH=3.7，鋁離子完全沉淀時溶液pH=4.4，而銅離子開始沉淀時的pH=4.9，所以使Fe³⁺和Al³⁺形成沉淀，銅離子不沉淀，溶液pH調節范圍應該為：4.4＜pH＜4.9，
故答案為：4.4＜pH＜4.9；
（3）根據實驗流程，酸浸液中含有鐵離子和鋁離子，向酸浸液中加入鋁粉后，鐵離子與鋁發生反應生成鐵和鋁離子，反應的離子方程式為Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe，
故答案為：Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe；
（4）由CuSO₄?5H₂O制備CuSO₄時，應把CuSO₄?5H₂O放在坩堝中，
故答案為：坩堝；
（5）放電時，Zn為負極，失去電子，發生電極反應：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
K₂FeO₄中鐵的化合價由+6變化為+3，化合價降低3，所以每有1molK₂FeO₄被還原，轉移電子的物質的量為3mol，
正反應中Fe元素的化合價降低，K₂FeO₄為正極，則充電時為陽極，發生氧化反應：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；3mol；Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點評：本題考查較為全面，涉及熱化學方程式書寫、混合物的分離、可充電電池等知識，綜合性較強，其中電化學是難點，注意正負極和陰陽極電極反應式的書寫．