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）ZnFe₂Ox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ZnFe₂Ox 和用于除去废气的转化关系如图。若上述转化反应中消耗的 ，x的值为_________________。请写出 ZnFe₂Ox与NO₂ 反应的化学方程式______________(x用前一问求出的具体值）。

（3）LiFePO₄(难溶干水)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 ,，该反应还生成一种可燃性气体，则反应方程式为____________.

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，它把正极与负桩隔开）工作原理为 。则放电时正极上的电极反应式为___________.

（4）已知25℃时， ，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，则至少需要加人2 mol/L的盐酸__________ml（忽略加入盐酸体积）。

Answer

（15分，除注明外，每空2分）

（1）生铁中含有碳等杂质 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

（2）3.5 2NO2+8ZnFe2O3.5=N2+8ZnFe2O4

（3）①2 FePO4+ Li2CO3+2C2 LiFePO4+3CO↑（3分）

②FePO4+Li++e‾= LiFePO4

（4）2.5

【解析】

试题分析：（1）生铁不是纯净物，含有碳等杂质，所以5.6g生铁与足量的稀硫酸反应生成气体体积均小于2.24 L（标准状况）；Fe2+溶液为浅绿色，被O2氧化为Fe3+，使溶液变为浅黄色，配平可得离子方程式：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

（2）ZnFe2O4中Fe元素的化合价为+3价，根据氧化还原反应中得失电子总数相等，设生成物中Fe元素化合价为+n，可得2×2×（3—n）=2，解得n=2.5，根据化合物中化合价的代数和为0，可得+2+2×2.5—2x=0，解得x=3.5；根据题目信息：ZnFe2O3.5可将工业废气中的某些元素转化为游离态，可推知NO2氧化ZnFe2O3.5生成N2、ZnFe2O4，配平可得化学方程式：2NO2+8ZnFe2O3.5=N2+8ZnFe2O4。

（3）①根据题目信息可知该反应的反应物为：FePO4、 Li2CO3、C，生成LiFePO4，Fe元素化合价降低，则生成的可燃性气体为CO，配平可得化学方程式：2 FePO4+ Li2CO3+2C2 LiFePO4+3CO↑。

②正极发生还原反应，根据总反应可得正极反应式为：FePO4+Li++e‾= LiFePO4。

（4）根据Fe(OH)3的Ksp=c（Fe3+）•c3（OH‾），则5×c3（OH‾）=4.0×10-38，解得c（OH‾）=2.0×10-13mol•L‾1，则c（H+）=Kw/c(OH‾)= 1.0×10-14÷2.0×10-13=0.05mol•L‾1,设需要加入的盐酸的体积为V，则2mol/L•V÷0.1L=0.05mol•L‾1,解得V=0.0025L=2.5mL。

【考点定位】本题考查氧化还原反应原理、原电池原理、方程式的书写、Ksp的应用。

【名师点睛】本题把化学反应原理的多种规律及知识点进行了综合考查，包含了离子方程式的书写、氧化还原反应原理、原电池的原理、Ksp的应用等，体现了学科内的综合。离子方程式的书写应在分析反应实质的前提下，遵循离子方程式的基本原则，运用所学离子方程式书写的方法，正确判断化学反应的实质，考生应熟练掌握化学反应规律和重要物质的性质，认真审题，充分运用题目所给信息，才能正确写出离子方程式；本题考查了根据氧化还原反应原理推断化学式及氧化还原反应化学方程式的书写，根据题中信息分析，要善于利用氧化还原反应中的守恒规律、价态变化规律、强弱规律、难易规律去分析特征元素的化合价变化，得出合理答案。氧化还原反应方程式的书写一般考查没学过的化学反应，应根据题目信息和氧化还原反应原理推断反应物和产物，然后配平得出化学方程式，氧化还原方程式配平不准的常见原因有：化合价判断不准、依据电子得失守恒列等式时忽视变价原子的个数等。