Question

4．（1）近年来，我国用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质），这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应的化学方程式为：
3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄═3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O
完成并配平上述化学方程式．以上反应中失电子的物质是C，还原产物是Cr₂（SO₄）₃，每生成1mol氧化产物，转移的电子数目为4N_A．
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO．750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式是CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
（3）向FeCl₂和FeCl₃混合溶液中加入适量KOH，高速搅拌下加入油脂，过滤后干燥得到一类特殊的磁流体材料，其化学式通式为K_xFeO₂（其组成可理解为aK₂O•bFeO•cFe₂O₃）．
①若x的平均值为1.3，a：b：c=13：6：7
②若x为1.4，请写出该磁流体在稀硫酸条件下与足量的KI溶液反应的化学方程式10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O．
（4）Fe₃O₄溶于稀HNO₃的离子方程式：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．

Answer 1

分析 （1）反应中C元素化合价变化：0价→+4价，1molC参加反应，失去4mol电子；Cr元素化合价变化：+6价→+3价，1molK₂Cr₂O₇参加反应，得到6mol电子；依据氧化还原反应得失电子守恒、原子个数守恒规律书写方程式；依据方程式分析转移电子数目并用单线桥表示；
（2）根据题目信息写出生成物，根据质量守恒配平；
（3）①当x=1.3时，即KxFeO₂为K_1.3FeO₂，其最简整数比的化学式为K₁₃Fe₁₀O₂₀即$\frac{13}{2}$K₂O•3FeO•$\frac{7}{2}$Fe₂O₃）；
②当x=1.4时，即K_1.4FeO₂，当其在稀硫酸条件下与足量的KI溶液反应时，其反应实质是Fe³⁺和I^-在酸性条件下发生氧化还原反应生成Fe²⁺和I₂，K_1.4FeO₂的化学组成可看作7K₂O•4FeO•3Fe₂O₃，
依据氧化还原反应得失电子守恒、原子个数守恒写出反应方程式；
（4）Fe₃O₄与稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，利用整体法，Fe₃O₄中铁元素化合价共计+8价，生成3mol三价铁离子，共失去1mol电子，硝酸根中氮元素从+5价降为+2价，1mol硝酸根被还原得到3mol电子，依据氧化还原反应得失电子守恒及原子个数守恒配平方程式．

解答 解：（1）反应中C元素化合价变化：0价→+4价，1molC参加反应，失去4mol电子；Cr元素化合价变化：+6价→+3价，1molK₂Cr₂O₇参加反应，得到6mol电子，要使得失电子守恒，则C的系数为3，K₂Cr₂O₇的系数为2，依据原子个数守恒，反应方程式：3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O；
依据方程式3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O可知，消耗3mol碳生成3molCO₂，共失去电子12mol；2K₂Cr₂O₇共得到12mol电子，产物中CO₂的化合价升高为氧化产物，Cr₂（SO₄）₃的化合价降低为还原产物，每生成1mol氧化产物CO₂，转移的电子4mol数目为N=n•N_A=4N_A；
故答案为：3；2；8H₂SO₄；3；2；2；8；C；Cr₂（SO₄）₃；4N_A；
（2）用CO还原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式为CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，
故答案为：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
（3）①x=1.3时，即KxFeO₂为K_1.3FeO₂，其最简整数比的化学式为K₁₃Fe₁₀O₂₀即$\frac{13}{2}$K₂O•3FeO•$\frac{7}{2}$Fe₂O₃）；
则a：b：c=$\frac{13}{2}$：3：$\frac{7}{2}$；即：13：6：7；
故答案为：13：6：7；
②当x=1.4时，即K_1.4FeO₂，当其在稀硫酸条件下与足量的KI溶液反应时，其反应实质是Fe³⁺和I^-在酸性条件下发生氧化还原反应生成Fe²⁺和I₂，K_1.4FeO₂的化学组成可看作7K₂O•4FeO•3Fe₂O₃，
反应的方程式：10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O；
故答案为：10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O；
（4）Fe₃O₄与稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，利用整体法，Fe₃O₄中铁元素化合价共计+8价，生成3mol三价铁离子，共失去1mol电子，硝酸根中氮元素从+5价降为+2价，1mol硝酸根被还原得到3mol电子，要使得失电子守恒，Fe₃O₄系数为3，硝酸根离子系数为1，依据原子个数守恒，离子方程式：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O，
故答案为：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．

点评 本题考查了氧化还原反应，涉及氧化还原反应表示方法、氧化还原反应方程式配平、有关计算，熟悉氧化还原反应中得失电子守恒规律是解题关键，题目难度较大．