Question

4．科研、生产中常涉及铁及其化合物．
（1）实验室配制FeSO₄溶液时，常向溶液中加入的物质有稀硫酸、铁粉．
（2）高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途，高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种理想的水处理剂，处理水时所起的作用是杀菌剂和吸附剂．
（3）高铁电池是一种新型可充电、长时间保持稳定放电电压的电池．该电池总反应式为3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH$?_{放电}^{充电}$3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O，该电池放电时的负极反应为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，充电时阳极附近溶液的pH变小（填“变大”、“不变”或“变小”）．
（4）高炉炼铁过程中发生下列反应：
①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kj•mol^-1
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kj•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+641.4kj•mol^-1
请你写出用CO还原FeO固体制得Fe和CO₂气体的热化学方程式CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol．
（5）已知：K_sp[FeS]=6.5×10^-18，K_sp[CuS]=1.3^-36．向浓度均为0.1mol•L^-1的FeSO₄ 和CuSO₄的混合溶液中滴加Na₂S溶液，请写出首先生成沉淀的离子方程式S^2-+Cu²⁺=CuS↓，当加入Na₂S溶液至出现两种沉淀，则c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=5×10¹⁸．

Answer 1

分析 （1）FeSO₄具有还原性，易水解；
（2）K₂FeO₄具有强氧化性，可用于杀菌消毒，可生成Fe（OH）₃，具有吸附性；
（3）放电时Zn为负极，电极方程式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，K₂FeO₄在正极上发生还原反应，电极方程式为FeO₄^2-+4H₂O+3e^-═Fe（OH）₃+5OH^-；充电时电池的正极与电源的正极相连为阳极，阳极发生氧化反应，充电时的反应为放电的逆反应；
（4）利用盖斯定律将①×3-②-③×2可得；
（5）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），先生成CuS沉淀，当加入Na₂S溶液至出现两种沉淀，根据K_sp[FeS]计算c（S^2-），再根据K_sp[CuS]计算c（Cu²⁺）．

解答 解：（1）FeSO₄具有还原性，易水解，为防止氧化，可加入铁粉，为防止水解，可加入适量硫酸，故答案为：稀硫酸、铁粉；
（2）K₂FeO₄具有强氧化性，可用于杀菌消毒，可生成Fe（OH）₃，具有吸附性，可用于净水，故答案为：杀菌剂和吸附剂；
（3）Zn为负极，电极方程式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，充电时阳极反应为：Fe（OH）₃-3e^-+5OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，pH变小，
故答案为：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；变小；
（4）已知：①Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-24.8kj•mol^-1
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）?2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H=-47.2kj•mol^-1
③Fe₃O₄（s）+CO（g）?3FeO（s）+CO₂（g）△H=+641.4kj•mol^-1，
①×3-②-③×2得 6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（s）+6CO₂（g）△H=（-24.8kJ/mol）×3-（-47.2kJ/mol）-（+640.5kJ/mol）×2=-1308.0kJ/mol，
即 CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol，
故答案为：CO（g）+FeO（s）=Fe（s）+CO₂（g）△H=-218.0kJ/mol；
（5）由于Ksp（FeS）＞Ksp（CuS），所以在相同条件下CuS的溶解度更小，沉淀会向着生成CuS的方向进行，反应的离子方程式为S^2-+Cu²⁺=CuS↓，
当加入Na₂S溶液至出现两种沉淀，此时c（S^2-）=$\frac{6.5×1{0}^{-18}}{0.1}$mol/L=6.5×10^-17mol/L，c（Cu²⁺）=$\frac{1.3×1{0}^{-36}}{6.5×1{0}^{-17}}$mol/L=2×10^-20mol/L，
则c（Fe²⁺）：c（Cu²⁺）=0.1：2×10^-20=5×10¹⁸，
故答案为：S^2-+Cu²⁺=CuS↓；5×10¹⁸．

点评 本题考查较为综合，涉及原电池、热化学方程式、难溶电解质的溶解平衡等问题，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力的考查，注意把握答题思路，难度中等．