Question

13．水是重要的自然資源，與人類的發展密切相關．

（1）25℃時，水能按下列方式電離：
H₂O+H₂O?H₃O⁺+OH^-  K₁=1.0×10^-14
OH^-+H₂O?H₃O⁺+O^2-  K₂=1.0×10^-36
水中c（O^2-）=1.0×10^-36mol•L^-1（填數值）．
（2）水廣泛應用于化學反應．將干燥的碘粉與鋁粉混合未見反應，滴加一滴水后升起紫色的碘蒸氣，最后得到白色固體．有關該實驗的解釋合理的是CD．
A．加水使碘和鋁粉形成溶液            B．水作氧化劑
C．碘粉與鋁粉反應是放熱反應          D．水作催化劑
（3）鐵酸銅（CuFe₂O₄）是很有前景的熱化學循環分解水制氫的材料．
ⅰ．某課外小組制備鐵酸銅（CuFe₂O₄）的流程如下：

攪拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物質的量濃度分別為2.6mol•L^-1、1.3mol•L^-1．
①攪拌Ⅰ所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe³⁺和Fe（OH）₃（填化學式）．
②攪拌Ⅱ要跟蹤操作過程的pH變化．在滴加KOH溶液至pH=4的過程中（假設溶液體積不變），小組同學繪制溶液中c（Fe³⁺）、c（Cu²⁺）隨pH變化的曲線如圖，其中正確的是B（用“A”、“B”填空）．
（已知：K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39、K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）

③操作Ⅲ為洗滌、干燥．
ⅱ．在熱化學循環分解水制氫的過程中，鐵酸銅（CuFe₂O₄）先要煅燒成氧缺位體（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氫越容易．
④氧缺位體與水反應制氫的化學方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
⑤課外小組將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，則氧缺位值（a）=0.51．

Answer 1

分析 （1）純水中c（H₃O⁺）=c（OH^-），K₂=$\frac{c（{H}_{3}{O}^{+}）．c（{O}^{2-}）}{c（O{H}^{-}）}$，則c（O^2-）=$\frac{{K}_{2}．c（O{H}^{-}）}{c（{H}_{3}{O}^{+}）}$=K₂；
（2）催化劑在反應前后催化劑的質量、化學性質均不變，碘受熱易升華；
（3）帶結晶水的硝酸鐵、硝酸銅溶于水，然后向溶液中加入KOH并調節溶液的pH=4，生成Fe（OH）₃、Cu（OH）₂沉淀，過濾將沉淀洗滌、干燥然后煅燒得到CuFe₂O₄；
①硝酸鐵在水溶液中發生微弱水解生成氫氧化鐵；
②依據溶度積常數計算氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀完全的溶液pH；
③流程中是過濾得到的濾渣經過洗滌干燥進行灼燒；
④氧缺位體與水反應生成氫和鐵酸銅（CuFe₂O₄），依據原子守恒書寫配平；
⑤將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，CuFe₂O_4-a的質量為CuFe₂O₄的96.6%，據此列式計算．

解答 解：（1）水中c（H₃O⁺）=c（OH^-），K₂=$\frac{c（{H}_{3}{O}^{+}）．c（{O}^{2-}）}{c（O{H}^{-}）}$，c（O^2-）=$\frac{{K}_{2}．c（O{H}^{-}）}{c（{H}_{3}{O}^{+}）}$=K₂=1.0×10^-36mol•L^-1，故答案為：1.0×10^-36；
（2）少量鋁粉和碘反應后生成物只有碘化鋁，說明水沒有參加反應，但是沒有加入水之前，鋁粉和碘沒有什么變化，加入水之后，反應放出的熱量使碘升華成紫色碘蒸氣，碘受熱易升華，說明反應是放熱反應，反應后生成物只有碘化鋁白色固體，說明水改變了該反應的速率，則水是一種催化劑；
故選C、D；
（3）①攪拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，鐵離子水解生成氫氧化鐵，所以鐵元素的存在形式為Fe³⁺和Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
②攪拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物質的量濃度分別為2.6mol•L^-1、1.3mol•L^-1，沉淀完全的離子濃度小于10^-5mol/L
已知：K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{2.6×1{0}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$=6.4×10^-12mol/L，c（H⁺）=1.6×10^-3mol/L，PH=3-lg1.6≈2.8，圖象中鐵離子沉淀完全的pH錯誤；
K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=$\sqrt{\frac{2.2×1{0}^{-20}}{1{0}^{-5}}}$=4.7×10^-8mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.7×1{0}^{-8}}$=2.1×10^-7mol/L，溶液的pH≈6.7，圖象B符合，
故答案為：B；
③流程中是過濾得到的濾渣經過洗滌干燥進行灼燒，操作Ⅲ為洗滌、干燥，
故答案為：洗滌；干燥；
④氧缺位體與水反應制氫的化學方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑，
故答案為：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
⑤將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，CuFe₂O_4-a的質量為CuFe₂O₄的96.6%，則$\frac{M（CuF{e}_{2}{O}_{4-a}）}{M（CuF{e}_{2}{O}_{4}）}$×100%=96.6%，
解得：a=0.51，
故答案為：0.51．

點評 本題考查較為綜合，涉及物質分離提純的方法分析、溶度積常數的計算分析判斷、弱電解質電離分析應用，題目難度中等，注意反應過程中原子守恒的理解應用，掌握基礎是關鍵，試題培養了學生的分析、理解能力及靈活應用能力．