Question

Fe、Cu、Al是常見的金屬元素，按要求回答下列問題：
（1）向氯化銅溶液中加入一定量的鐵粉和鋁粉混合物，充分反應后，下列情況可能出現的是

 

（填編號）
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al
（2）將一定質量的鐵、鋁、銅合金，加入1L 一定物質的量濃度的硝酸中，完全溶解，測得溶液中（忽略溶液體積的變化） c（H⁺）=0.5mol/L，c（Cu²⁺）=0.3mol/L，c（Al³⁺）=0.2mol/L，c（NO₃^-）=2mol/L，則混合物中鐵的質量為

 

．
（3）在硫酸銅溶液中加入碘化鉀溶液，有白色沉淀生成，溶液的顏色則由藍色變為深黃色，經分析證明白色沉淀是碘化亞銅，該反應的離子方程式為

 

．
（4）Li-Al/FeS是一種可充電電池，電池中用含Li⁺導電固體作為電解質，在工作過程中Li⁺的物質的量保持不變，其正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，則電池的負極反應式為

 

．充電時，陽極發生反應的物質是

 

．用該電池作電源，組成如圖所示裝置（a、b、c、d均為石墨電極）．電解后向甲中加入適量的

 

（填物質化學式），可以使溶液恢復到原來狀態，當500mL乙溶液的pH為13時，在b極上生成物質的質量為

 

．

Answer 1

考點：鐵的化學性質,化學電源新型電池,電解原理,鋁的化學性質,銅金屬及其重要化合物的主要性質

專題：電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）根據金屬反應的先后順序以及足量和不足兩種情況進行分析，在金屬活動性順序中，鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，然后鐵與與鹽溶液反應；
（3）根據溶液中含有硝酸，所以鐵以Fe³⁺的形式存在，然后再根據電荷守恒求出Fe³⁺的濃度以及其物質的量，最后根據質量守恒求出鐵的物質的量和質量；
（3）根據題意生成物為碘化亞銅，單質碘，然后根據質量守恒配平；
（4）Li和Al都屬于金屬，合金中Li較Al活潑，根據正極反應式知，原電池的電極材料Li-Al/FeS，判斷出負極材料為Li，失去電子，化合價升高；又知該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，所以電池反應為：2Li+FeS=Li₂S+Fe，充電時為電解池原理，陽極發生氧化反應，失去電子，化合價升高；
根據陰陽極上析出的物質判斷要使電解后溶液恢復到電解前的狀態需加入的物質；先根據電極方程式計算出電極上轉移的電子數，而各個電極上轉移的電子數是相等的最終求出b極上生成物質的質量．

解答： （1）鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，
a．鋁粉、鐵粉都全部與溶液反應，且溶液過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；
b．鋁粉部分與溶液反應、鐵粉與溶液未反應，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；
c．鋁粉氯化銅溶液反應生成氯化亞鐵和銅，不可能生成Fe³⁺，故c錯誤；
d．鋁先與氯化銅溶液反應，然后鐵與氯化銅溶液反應，只要鋁剩余，鐵與氯化銅溶液就不反應，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d錯誤；
故選：ab；
（2）溶液中含有硝酸，所以鐵以Fe³⁺的形式存在，溶液中的電荷守恒：c（H⁺）×1+c（Cu²⁺）×2+c（Al³⁺）×3+c（Fe³⁺）×3=c（NO₃^-）×1，即 0.5mol/L+0.3mol/L×2+0.2mol/L×3+c（Fe²⁺）×3=2mol/L，解得：c（Fe³⁺）=0.1mol/L，Fe³⁺的其物質的量為0.1mol/L×1L=0.1mol，鐵的物質的量也為0.1mol，質量為0.1mol×56g/mol=5.6克，故答案為：5.6克；
（3）在硫酸銅溶液中加入碘化鉀溶液，有白色沉淀碘化亞銅生成，同時生成了碘單質，即：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，故答案為：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂
（4）Li和Al都屬于金屬，合金中Li較Al活潑，根據正極反應式知，原電池的電極材料Li-Al/FeS，判斷出負極材料為Li，發生反應為：2Li-2e^-=2Li⁺；又知該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，所以電池反應為：2Li+FeS=Li₂S+Fe，充電時為電解池原理，Fe發生氧化反應，失去電子，化合價升高；故答案為：2Li-2e^-=2Li⁺；Fe；     
陰極上有銅生成，陽極上有氧氣生成，所以要使電解后溶液恢復到電解前的狀態需加入的物質是氧化銅；碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅和二氧化碳，所以也可加人碳酸銅；
當乙中溶液的pH是13時（此時乙溶液體積為500mL）時，根據電極反應2H₂0+2e^-═H₂↑+2OH^-，OH^-的物質的量為：0.1mol/l×0.5L=0.05mol，轉移0.05mol電子，甲中在b極上發生反應：
Cu²⁺+2e^-═Cu，生成Cu的物質的質量為0.025mol，其質量為：0.025mol×64g/mol=1.6克，故答案為：CuO或CuCO₃，1.6克．

點評：本題是一道綜合題，考查的知識點較多，難度中等以上，要求學生熟記教材知識，學以致用．