Question

19．鐵及其化合物在生活、生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用．請(qǐng)回答下列問題：
（1）黃鐵礦（主要成分為FeS₂）是生產(chǎn)硫酸的冶煉鋼鐵的重要原料．高溫下可發(fā)生反應(yīng)：其中一個(gè)反應(yīng)為：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄，該過程若有1.5mol FeS₂參加反應(yīng)，則反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移16 mol電子；
（2）氯化鋁溶液顯酸性，原因是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺（用離子方程式稀釋）；
（3）人工腎臟可采用間接電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素（CO（NH₂）₂；它易被氧化），原理如圖所示．
①電源的負(fù)極為B（填“A”或“B”）．
②陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
③電解結(jié)束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將不變；若陰極共收集到氣體6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則除去的尿素為3.6 g（忽略氣體的溶解）．
（4）為了減少CO對(duì)大氣的污染，某研究性學(xué)習(xí)小組擬研究利用CO和H₂O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為綠色能源H₂．已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•moL^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•moL^-1
寫出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

Answer 1

分析 （1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，只有O元素的化合價(jià)降低，利用化合價(jià)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子；
（2）AlCl₃為強(qiáng)酸弱堿鹽，鋁離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性；
（3）①電解池的陰極連接電源的負(fù)極，根據(jù)電解產(chǎn)物判斷；
②陽(yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根據(jù)電極方程式計(jì)算，有關(guān)反應(yīng)有為陰極反應(yīng)為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑），陽(yáng)極反應(yīng)為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）利用蓋斯定律，根據(jù)已知熱化學(xué)方程式乘以合適的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減．

解答 解：（1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，有1.5mol FeS₂參加反應(yīng)，4mol氧氣參加反應(yīng)，只有O元素的化合價(jià)降低，則轉(zhuǎn)移電子為4mol×2×[0-（-2）]=16mol，
故答案為：16；
（2）AlCl₃為強(qiáng)酸弱堿鹽，鋁離子水解導(dǎo)致溶液呈酸性，水解方程式為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（3）①根據(jù)電解池中陰離子在陽(yáng)極放電和陽(yáng)離子在陰極放電的規(guī)律及本題圖中的電極產(chǎn)物H₂和Cl₂，可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負(fù)極，故答案為：B；
②陽(yáng)極首先發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，氯氣和尿素反應(yīng)生成氮?dú)�、二氧化碳和氯化氫，�?yáng)極室中發(fā)生的反應(yīng)依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應(yīng)為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）陽(yáng)極反應(yīng)為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．根據(jù)上述反應(yīng)式可以看出在陰、陽(yáng)極上產(chǎn)生的OH^-、H⁺的數(shù)目相等，陽(yáng)極室中反應(yīng)產(chǎn)生的H⁺通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室與OH^-恰好反應(yīng)生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；由上述反應(yīng)式可以看出，轉(zhuǎn)移6mole^-時(shí)，陰極產(chǎn)生3molH₂，陽(yáng)極產(chǎn)生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的6.72 L氣體中，V（N₂）=V（CO₂）=$\frac{6.72}{5}$L=1.344L，
即n（N₂）=n（CO₂）=0.06 mol，根據(jù)方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知生成0.06mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質(zhì)的量也為0.06 mol，其質(zhì)量為：m[CO（NH₂）₂]=0.06mol×60 g•mol^-1=3.6 g，
故答案為：不變；3.6；
（4）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根據(jù)蓋斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律及其電解原理知識(shí)，包括電極產(chǎn)物的判斷、電解原理及其應(yīng)用等，解答電解原理試題時(shí)，首先要注意陽(yáng)極材料，若陽(yáng)極材料為除Au、Pt之外的金屬，則陽(yáng)極金屬先失去電子，若陽(yáng)極材料為惰性電極，則考慮陰離子的放電順序，熟記陰陽(yáng)離子的放電順序是解題的關(guān)鍵．