Question

食盐中的抗结剂是亚铁氰化钾，其化学式为K₄[Fe(CN)₆] •3H₂O。

42.2gK₄[Fe(CN)₆] •3H₂O(M=422g/mol)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度的变化曲线)如下图所示。

（1）试确定150℃时固体物质的化学式为_______________。

（2）在25℃下，将a mol•L^-1的KCN(pH＞7)溶液与0．01mol•L^-1的盐酸等体积混合，反应平衡时，测得溶液pH=7，则KCN溶液的物质的量浓度a_________0．01mol•L^-1(填“＞”、“＜”或“＝”)；用含a的代数式表示HCN的电离常数K_a＝______________。

（3）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可实现2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的转化。已知，含SO₂的废气通入Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，则另一反应的离子方程式为                      。

（4）不同浓度的硫酸与锌反应时，硫酸可以被还原为SO₂，也可被还原为氢气。为了验证这一事实，某同学拟用下图装置进行实验(实验时压强为10lkPa，温度为0℃)。

(I)若在烧瓶中投入d g锌，加入一定量的c mol／L浓硫酸V L，充分反应后锌有剩余，测得氢氧化钠洗气瓶增重mg，则整个实验过程产生的气体中n(H₂)＝_____________(用含字母的代数式表示)。若撤走盛有无水氯化钙的U型管，n(SO₂)/n(H₂)的数值将          (填偏大、偏小或无影响)。

(II)在硫酸中加入硫酸铜可以加快氢气的生成速率的原因：_____________________。

(III)为进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，某同学设计如下一系列实验，将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中。

实验 溶液	A	B	C	D	E
5mol/LH2SO4/mL	40	V1	V2	V3	V4
饱和CuSO4/mL	0	1	2	V5	10
H2O/mL	V6	V7	V8	5	0

①完成此实验设计，其中V₅=_________V₇=___________。

②为探究氢气生成速率要收集产生的气体，还需记录：___________________。

Answer

（1）K4[Fe(CN)6]（2）＞ (100a-1)×10-7 mol•L-1

（3）2Fe3+ + SO2 + 2H2O = 2Fe2++ SO42- + 4H+

（4）I)CV—m/32 偏大

II)锌和铜构成原电池，加快反应速率

III)①5mL 9mL ② 收集等体积气体所需时间

【解析】

试题分析：（1）K4[Fe(CN)6] •3H2O的相对分子质量为422，42.2gK4[Fe(CN)6] •3H2O的物质的量为：42.2g÷422g/mol=0.1mol，0.1molK4[Fe(CN)6] •3H2O中含有0.3mol水，含有结晶水的质量为：18g/mol×0.3mol=5.4g，完全失去结晶水时的质量为：42.2g-5.4g=36.8g；根据曲线可知，100℃时K4[Fe(CN)6] •3H2O中结晶水完全失去变成K4[Fe(CN)6]，之后直至加热到400℃K4[Fe(CN)6] 开始分解，所以150℃时固体物质的主要成分为K4[Fe(CN)6]。

（2）KCN+HCl═KCl+HCN，若是等浓度，生成HCN应该呈酸性，而反应后pH=7呈中性，说明KCN有剩余（KCN水解呈碱性），所以a＞0.01mol/L；HCN═H++CN-的Ka=c（H+）×c（CN-）/c（HCN），溶液呈中性则c（H+）=10-7 mol/L，c（CN-）=（a−0.01）/2（等体积混合，原浓度都减半）c（HCN）=0.01/2，带入公式，Ka=10-7•（a-0.01）/0.01=（100a-1）×10-7 mol/L；

（3）根据催化剂的特点，另一个反应一定有Fe3+→Fe2+，反应方程式为2Fe3+ + SO2 + 2H2O = 2Fe2++ SO42- + 4H+。

（4）①氢氧化钠洗气瓶增重是因为吸收SO2的缘故，说明烧瓶中有SO2的生成（Zn+2H2SO4(浓)＝ZnSO4+SO2↑+2H2O），氢氧化钠洗气瓶增重mg，m(SO2)=mg，n(SO2)=m/64moL，消耗硫酸的物质的量为n(H2SO4)=2n(SO2)=m/32mol，因为锌有剩余，因此有Vc－m/32mol的硫酸和锌反应产生氢气（Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑），氢气的物质的量为Vc－m/32；若撤走盛有无水氯化钙的U型管，混合气体中的水蒸气进入氢氧化钠溶液，导致洗气瓶增重量增大，所以计算时二氧化硫的物质的量增大，二氧化硫与氢气的物质的量之比偏大。

②锌置换出铜，锌和铜构成原电池，加快反应速率。

③要对比试验效果，那么除了反应的物质的量不一样以外，要保证其它条件相同，而且是探究硫酸铜量的影响，那么每组硫酸的量要保持相同，五组反应的总体积也应该相同，A组中硫酸为40ml，那么其它组硫酸量也都为40ml，而硫酸铜溶液和水的总量应相同，D中水是5mL，则V5＝5mL；B中硫酸铜为1mL，则V7＝9mL；反应速率与时间有关系，则为探究氢气生成速率要收集产生的气体，还需记录收集等体积气体所需时间。

【考点定位】本题主要是考查化学方程式有关计算、氧化还原反应、弱电解质的电离等知识点，反应速率影响因素探究等

【名师点晴】该题综合性较强，考查的知识点较多，明确物质性质是解本题关键。控制变量法探究影响化学反应速率的因素是难点，影响化学反应速率的因素有多种，在探究相关规律时，需要控制其他条件不变，只改变某一个条件，探究这一条件对反应速率的影响。变量探究实验因为能够考查学生对于图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力，因而在这几年高考试题中有所考查。解答此类题时，要认真审题，清楚实验目的，弄清要探究的外界条件有哪些。然后分析题给图表，确定一个变化的量，弄清在其他几个量不变的情况下，这个变化量对实验结果的影响，进而总结出规律。然后再确定另一个变量，重新进行相关分析。