Question

（15分）铁是目前人类使用量最大的金属，它能形成多种化合物。

（1）取5.6 g的生铁与足量的稀硫酸混合反应，无论怎样进行实验，最终收集了的气体体积均小于2.24 L（标准状况），最主要的原因是__________________________，所得溶液在长时间放置过程中会慢慢出现浅黄色，试用离子方程式解释这一变化的原因______________________________________。

（2）硫化亚铁常用于工业废水的处理。已知：25℃时，溶度积常数K_sp(FeS）=6.3×10^-18、K_sp(CdS）= 3.6×10^-29。请写出用硫化亚铁处理含Cd²⁺的工业废水的离子方程式__________________________。

（3）ZnFe₂O_3.5是一种新型纳米材料，可将工业废气中的某些元素转化为游离态，制取纳米ZnFe₂O_3.5和用于除去废气的转化关系为：ZnFe₂O₄ZnFe₂O_3.5

上述转化反应中消耗的n(ZnFe₂O₄）︰n(H₂）＝_______。请写出 ZnFe₂O_3.5与NO₂反应的化学方程式_______________________________。

（4）LiFePO₄(难溶于水）材料被视为最有前途的锂离子电池材料之一。

①以FePO₄（难溶于水）、Li₂CO₃、单质碳为原料在高温下制备LiFePO₄，该反应的化学方程式为2FePO₄+Li₂CO₃+2C＝2LiFePO₄+3CO↑。则1molC参与反应时转移的电子数为_______________。

②磷酸铁锂动力电池有几种类型，其中一种（中间是锂离子聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开）工作原理为FePO₄+LiLiFePO₄。则充电时阳极上的电极反应式为______________________________。

（5）已知25℃时，K_sp[Fe(OH）₃]＝4.0×10^-38，此温度下若在实验室中配制5 mol/L 100 mL FeCl₃溶液，为使配制过程中不出现浑浊现象，则至少需要加入_______ml、2 mol/L的盐酸（忽略加入盐酸体积）。

Answer

（15分）

（1）生铁中含有碳等杂质（1分） 4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O（2分）

（2）Cd2++FeS＝CdS+Fe2+（2分）

（3）2︰1（2分） 2NO2+8ZnFe2O3.5＝N2+8ZnFe2O4（2分）

（4）①2NA(或2×6.02×1023）（2分） ②LiFePO4-e-＝FePO4+Li+（2分）

（5）2.5（2分）

【解析】

试题分析：（1）因为生铁中含有碳等杂质所以产生的氢气少。硫酸亚铁溶液被空气中氧气氧化成铁离子，显黄色，离子方程式为：4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O。（2）根据硫化镉的溶度积常数比硫化亚铁小，所以 可以实现沉淀转化，离子方程式为：Cd2++FeS＝CdS+Fe2+。（3）1摩尔ZnFe2O4得到1摩尔电子，1摩尔氢气失去2摩尔电子，所以二者的比例应为2︰1。因为二氧化氮被还原为氮气，每摩尔二氧化氮得到4摩尔电子，而每摩尔ZnFe2O3.5失去1摩尔电子，所以二者比例为1：4，方程式为： 2NO2+8ZnFe2O3.5＝N2+8ZnFe2O4（4）①从方程式可以分析2摩尔碳失去4摩尔电子给铁和碳酸根离子，所以当有1摩尔碳参与反应，转移电子数为：2NA(或2×6.02×1023）。 ②充电时阳极失去电子，所以为LiFePO4-e-＝FePO4+Li+。（5）假设加入的盐酸的体积为x毫升，则溶液中氢离子浓度为2x/100=x/50mol/L，则溶液中的氢氧根离子浓度为10-14/（x/50）=5×10-13/xmol/L，根据溶度积常数计算，不出现浑浊现象的关系为（5×10-13/x）3×5<4.0×10-38，解x>2.5。

考点：考查氧化还原反应，原电池和电解池的原理，溶度积常数的应用。