Question

Na、Fe、Cu、Al是常见的金属元素，请按要求回答下列问题：
(1)一定条件下，2.3g的Na完全与O₂反应生成3.6g产物时失去的电子数为______。
(2)向氯化铜溶液中加入一定量的铁粉和铝粉混合物，充分反应后，下列情况可能出现的是______(填编号）。
a.溶液中有Cu^2＋、Fe^2＋、Al^3＋，不溶物为Cu    b.溶液中有Fe^2＋、Al^3＋，不溶物为Cu、Fe
c.溶液中有Fe^3＋、Al^3＋，不溶物为Cu           d.溶液中有Fe²⁺，不溶物为Cu、Al
(3)将一定质量的铁、铝、铜合金，加入lL一定物质的量浓度的硝酸中，合金完全溶解，测得溶液中（忽略溶液体积的变化）c(H⁺)＝0.5mol/L、c(Cu²⁺)＝0.3mol/L、c(Al³⁺)＝0.2mol/L、c(NO₃^－)＝2mol/L，则混合物中铁的质量为______。
(4)铁的某种氧化物的化学式表示为Fe_xO(x＜1),已知铁元素在该氧化物中的质量分数为75%，则x＝______ (精确至0.01)。
(5)Na-AI/FeS是一种可充电电池，电池中用含Na⁺导电固体作为电解质，在工作过程中Na⁺的物质的量保持不变。
①若该正极的电极反应式表示为：2Na^＋＋FeS＋2e^－＝Na₂S＋Fe，则电池的负极反应式可表示为_____；充电时，阳极发生反应的物质是______。
②用该电池作电源，组成如图所示装置，若通电5min时，铜电极质量增加1.08 g,则该电源电极X名称为______。图中装置A、C的pH变化为：A ______、C ______(填“增大”“减小”或“不变”）。

Answer 1

（14分）（1） 6.02×10²² 或0.1N_A（1分）（2） a   b（1分）（3）5.6g（2分）
（4）0.86 （2分） （5）①2 Na－2e^－＝2Na ⁺（1分） Na ₂S、Fe（1分）
②负极（2分）  增大（2分）   不变（2分）

试题分析：（1）钠在反应中只能失去1个电子，所以2.3g的Na完全与O₂反应生成3.6g产物时失去的电子的物质的量是2.3g÷23g/mol＝0.1mol，电子个数是6.02×10²² 或0.1N_A。
（2）铝和铁都能把位于其后的金属从其盐溶液中置换出来，但铝的活泼性强于铁，铝先与氯化铜溶液反应。a．铝粉、铁粉如果都全部与氯化铜溶液反应，且氯化铜过量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu，故a正确；b．铝粉全部与氯化铜溶液反应、铁粉部分与氯化铜溶液未反应，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物为Cu、Fe，故b正确；c．铁粉与氯化铜溶液反应生成氯化亚铁和铜，不可能生成Fe³⁺，故c错误；d．铝先与氯化铜溶液反应，然后铁与氯化铜溶液反应，只要铝剩余，铁与氯化铜溶液就不反应，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d错误，答案选ab。
（3）溶液中含有硝酸，所以铁以Fe³⁺的形式存在。根据电荷守恒可知c(H⁺)+2c(Cu²⁺)+3c(Al³⁺)+3c(Fe³⁺)＝c(NO₃^-)，即0.5mol/L+0.3mol/L×2＋0.2mol/L×3＋3c(Fe³⁺)＝2mol/L，解得c(Fe³⁺)＝0.1mol/L。根据铁原子守恒可知，铁的物质的量等于铁离子的物质的量，即等于0.1mol/L×1L＝0.1mol，质量为0.1mol×56g/mol＝5.6克。
（4）铁元素在该氧化物中的质量分数为75%，则＝0.75，解得x＝0.86。
（5）①原电池中负极失去电子，发生氧化反应。Na和Al都属于金属，但Na较Al活泼，所以根据正极反应式和原电池的电极材料Na－Al/FeS可知负极材料为Na，电极发生反应为2Na-2e^-＝2Na⁺；又知该电池中正极的电极反应式为2Na^＋＋FeS＋2e^－＝Na₂S＋Fe，所以电池反应为：2Na+FeS＝Na₂S+Fe。充电时为电解池原理，相当于原电池的逆反应，因此阳极电极反应式为Na₂S＋Fe－2e^－＝2Na^＋＋FeS，所以充电时，阳极发生反应的物质是Na ₂S和Fe。
②通电5min时，铜电极质量增加1.08 g,这说明铜电极是阴极，与电源的负极相连，即X是电源的负极，Y是正极。A是惰性电极电解氯化钾溶液，生成物是氯气、氢气和氢氧化钾，溶液pH增大。C相当于是在铜上镀银，属于待镀，因此溶液的pH不变。