Question

15．氧化還原反應在生產生活中有廣泛的應用．
（1）氧化氣化法可提純電弧法合成的碳納米管中的碳納米顆粒雜質，反應的化學方程式為：
3 C+2 K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄→3 CO₂↑+2 K₂SO₄+2 Cr₂（SO₄）₃+8 H₂O
完成并配平上述化學方程式．該反應中氧化劑是K₂Cr₂O₇，每生成1mol氧化產物，轉移的電子數目為4N_A．
（2）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型的自來水處理劑，用于殺菌消毒．其制備可通過在強堿性條件下，由NaClO和FeCl₃共熱而得．則氧化性比較：NaClO＞（填“＞”或“＜”）K₂FeO₄．
（3）鋁熱反應可用于冶煉單質鐵．寫出鐵絲在氧氣中燃燒的產物與鋁反應的化學方程式8Al+3Fe₃O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe．
（4）三氟化氮（NF₃）是微電子工業中優良的等離子刻蝕氣體，它在潮濕的環境中發生如下反應：
3NF₃+5H₂O═2NO+HNO₃+9HF．在反應中，NF₃是氧化劑和還原劑，氧化劑和還原劑物質的量之比為2：1．
（5）鈉-鉀合金可在核反應堆中用作熱交換液．5.05g鈉-鉀合金溶于200mL水生成0.075mol H₂．則溶液中OH^-離子的物質的量濃度為0.75mol/L，鈉-鉀合金的化學式可表示為NaK₂．

Answer 1

分析 （1）該反應中C元素化合價由0價變為+4價、Cr元素化合價由+6價變為+3價，轉移電子數為12，根據轉移電子守恒、原子守恒配平方程式；
得電子化合價降低的反應物是氧化劑，失電子化合價升高的反應物是還原劑，還原劑對應的產物是氧化產物，根據氧化產物和轉移電子之間的關系式計算；
（2）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）在強堿性條件下，由NaClO和FeCl₃共熱而得，該反應中Cl元素化合價由+1價變為-1價，Fe元素化合價由+3價變為+6價，所以NaClO是氧化劑、高鐵酸鉀是氧化產物，同一化學反應中氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性；
（3）鐵絲在氧氣中燃燒的產物是四氧化三鐵，高溫條件下四氧化三鐵與鋁反應生成鐵和氧化鋁；
（4）3NF₃+5H₂O═2NO+HNO₃+9HF中，N元素化合價由+3價變為+2價、+5價，所以NF₃是氧化劑和還原劑，氧化劑和還原劑物質的量之比為2：1；
（5）設n（Na）=xmol、n（K）=ymol，根據轉移電子守恒得n（H₂）=$\frac{x+y}{2}$mol，
聯立方程組得$\left\{\begin{array}{l}{23x+39y=5.05}\\{\frac{x+y}{2}=0.075}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.1}\\{y=0.05}\end{array}\right.$，
根據原子守恒得n（OH^-）=n（NaOH）+n（KOH）=n（Na）+n（K）=0.1mol+0.05mol=0.15mol，再根據c=$\frac{n}{V}$計算c（OH^-），鈉-鉀合金的化學式中Na、K的系數之比等于其物質的量之比．

解答 解：（1）該反應中C元素化合價由0價變為+4價、Cr元素化合價由+6價變為+3價，轉移電子數為12，根據轉移電子守恒、原子守恒配平方程式為 3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O
；
得電子化合價降低的反應物是氧化劑，失電子化合價升高的反應物是還原劑，還原劑對應的產物是氧化產物，所以K₂Cr₂O₇是氧化劑、氧化產物的二氧化碳，每生成1mol氧化產物二氧化碳，轉移的電子數目=1mol×4×N_A/mol=4N_A，
故答案為：3；2；8H₂SO₄；3；2；2；8；K₂Cr₂O₇；4N_A；
（2）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）在強堿性條件下，由NaClO和FeCl₃共熱而得，該反應中Cl元素化合價由+1價變為-1價，Fe元素化合價由+3價變為+6價，所以NaClO是氧化劑、高鐵酸鉀是氧化產物，同一化學反應中氧化劑的氧化性大于氧化產物的氧化性，所以氧化性NaClO＞K₂FeO₄，故答案為：＞；
（3）鐵絲在氧氣中燃燒的產物是四氧化三鐵，高溫條件下四氧化三鐵與鋁反應生成鐵和氧化鋁，反應方程式為8Al+3Fe₃O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe，故答案為：8Al+3Fe₃O₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Fe；
（4）3NF₃+5H₂O═2NO+HNO₃+9HF中，N元素化合價由+3價變為+2價、+5價，所以NF₃是氧化劑和還原劑，氧化劑和還原劑物質的量之比為2：1，故答案為：氧化劑和還原；2：1；
（5）設n（Na）=xmol、n（K）=ymol，根據轉移電子守恒得n（H₂）=$\frac{x+y}{2}$mol，
聯立方程組得$\left\{\begin{array}{l}{23x+39y=5.05}\\{\frac{x+y}{2}=0.075}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.05}\\{y=0.1}\end{array}\right.$，
根據原子守恒得n（OH^-）=n（NaOH）+n（KOH）=n（Na）+n（K）=0.1mol+0.05mol=0.15mol，c（OH^-）=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.15mol}{0.2L}$=0.75mol/L，鈉-鉀合金的化學式中Na、K的系數之比等于其物質的量之比=0.05mol：0.1mol=1：2，所以其化學式為NaK₂，故答案為：0.75mol/L；NaK₂．

點評 本題考查氧化還原反應，涉及氧化還原反應配平、氧化還原反應有關計算、氧化劑和還原劑判斷、氧化性強弱比較等知識點，為高頻考點，明確氧化還原反應特點、配平方法結合原子守恒、轉移電子守恒分析解答，題目難度不大．