Question

3．運(yùn)用化學(xué)原理知識(shí)研究化學(xué)對(duì)于人類的生產(chǎn)生活、科研意義重大．
（1）工業(yè)上以黃銅礦（主要成分：CuFeS₂，其中S為-2價(jià)）為原料，采用火法熔煉工藝生產(chǎn)粗銅．CuFeS₂中Fe的化合價(jià)為+2，熔煉過程中所得爐渣的主要成分有FeO、Fe₂O₃、SiO₂，Al₂O₃等，若要利用爐渣制取鐵紅，下列實(shí)驗(yàn)操作不需要的是C（填寫字母代號(hào)）．
A．溶解    B．過濾    C．蒸發(fā)結(jié)晶    D．灼燒
（2）Mg（OH）₂是水垢的主要成分之一，用氯化銨溶液浸泡：可以溶解Mg（OH）₂，請(qǐng)結(jié)合沉淀溶解平衡移動(dòng)原理解釋其原因溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化銨溶液浸泡時(shí)，發(fā)生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促進(jìn)Mg（OH）₂的溶解．
（3）研究發(fā)現(xiàn)CuCl₂溶液中銅、氯元素的存在形式為Cu（H₂O）₄²⁺、CuCl₄^2-，電解CuCl₂溶液一段時(shí)間，陽極產(chǎn)生2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）黃綠色氣體，陰極析出紅色物質(zhì)，試計(jì)算該過程中共轉(zhuǎn)移電子0.2mol，若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原濃度，應(yīng)向電解后的溶液中加入（填化學(xué)式及物質(zhì)質(zhì)量）13.5gCuCl₂．
（4）Na₂FeO₄是一種既能殺菌、消毒，又能絮凝凈水的水處理劑．電解法制備Na₂FeO₄的裝置如圖所示：
請(qǐng)根據(jù)圖示回答：電解過程的化學(xué)方程式為Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；電路中每通過0.6mol電子在Ni電極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)況下的體積為6.72L．

Answer 1

分析 （1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合價(jià)為+2價(jià)，S為-2價(jià)；利用爐渣制取鐵紅，可加入氫氧化鈉溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼燒可得鐵紅；
（2）溶液中存在氫氧化鎂的溶解平衡，電離出的氫氧根離子可與銨根離子結(jié)合生成一水合氨，平衡右移；
（3）電解CuCl₂溶液一段時(shí)間，陽極產(chǎn)生2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）黃綠色氣體，發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，陰極析出紅色物質(zhì)，生成銅，電極方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）利用電解法制備Na₂FeO₄，F(xiàn)e作陽極，堿性條件下Fe失電子轉(zhuǎn)化為FeO₄^2-離子，陽極電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子放電生成氫氣，陰極電極反應(yīng)式為：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，F(xiàn)eO₄^2-離子氧化性很強(qiáng)，容易在陰極被還原，需要用用陽離子交換膜，防止生成的FeO₄^2-離子在陰極被還原；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，計(jì)算生成氫氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算氫氣體積．

解答 解：（1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合價(jià)為+2價(jià)，S為-2價(jià)，
利用爐渣制取鐵紅，可加入氫氧化鈉溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼燒可得鐵紅，需要的操作為溶解、過濾、灼燒，不需要蒸發(fā)結(jié)晶，
故答案為：+2；C；
（2）溶液中存在氫氧化鎂的溶解平衡Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），電離出的氫氧根離子可與氯化銨電離出的銨根離子結(jié)合生成一水合氨，平衡右移，促進(jìn)Mg（OH）₂的溶解，
故答案為：溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化銨溶液浸泡時(shí)，發(fā)生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促進(jìn)Mg（OH）₂的溶解；
（3）電解CuCl₂溶液一段時(shí)間，陽極產(chǎn)生2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）黃綠色氣體，發(fā)生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，轉(zhuǎn)移0.2mol電子，
陰極析出紅色物質(zhì)，生成銅，電極方程式為Cu²⁺+2e^-=Cu，則陰極析出0.1molCu，質(zhì)量為m（CuCl₂）=0.1mol×135.5g/mol=13.5g，則若要使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原濃度，應(yīng)向電解后的溶液中加入13.5gCuCl₂，
故答案為：0.2；13.5gCuCl₂；
（4）利用電解法制備Na₂FeO₄，F(xiàn)e作陽極，堿性條件下Fe失電子轉(zhuǎn)化為FeO₄^2-離子，陽極電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子放電生成氫氣，陰極電極反應(yīng)式為：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，所以電池反應(yīng)式為：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，標(biāo)況下氫氣體積為0.3mol×22.4L/mol=6.72L；
故答案為：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生分析能力和計(jì)算能力的考查，題目涉及電極判斷與電極反應(yīng)式書寫等問題，做題時(shí)注意從氧化還原的角度判斷原電池的正負(fù)極以及電極方程式的書寫，本題中難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)為電極方程式的書寫，注意化合價(jià)的變化．