Question

3．运用化学原理知识研究化学对于人类的生产生活、科研意义重大．
（1）工业上以黄铜矿（主要成分：CuFeS₂，其中S为-2价）为原料，采用火法熔炼工艺生产粗铜．CuFeS₂中Fe的化合价为+2，熔炼过程中所得炉渣的主要成分有FeO、Fe₂O₃、SiO₂，Al₂O₃等，若要利用炉渣制取铁红，下列实验操作不需要的是C（填写字母代号）．
A．溶解    B．过滤    C．蒸发结晶    D．灼烧
（2）Mg（OH）₂是水垢的主要成分之一，用氯化铵溶液浸泡：可以溶解Mg（OH）₂，请结合沉淀溶解平衡移动原理解释其原因溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化铵溶液浸泡时，发生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促进Mg（OH）₂的溶解．
（3）研究发现CuCl₂溶液中铜、氯元素的存在形式为Cu（H₂O）₄²⁺、CuCl₄^2-，电解CuCl₂溶液一段时间，阳极产生2.24L（标准状况）黄绿色气体，阴极析出红色物质，试计算该过程中共转移电子0.2mol，若要使电解质溶液恢复至原浓度，应向电解后的溶液中加入（填化学式及物质质量）13.5gCuCl₂．
（4）Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂．电解法制备Na₂FeO₄的装置如图所示：
请根据图示回答：电解过程的化学方程式为Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；电路中每通过0.6mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积为6.72L．

Answer 1

分析 （1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合价为+2价，S为-2价；利用炉渣制取铁红，可加入氢氧化钠溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼烧可得铁红；
（2）溶液中存在氢氧化镁的溶解平衡，电离出的氢氧根离子可与铵根离子结合生成一水合氨，平衡右移；
（3）电解CuCl₂溶液一段时间，阳极产生2.24L（标准状况）黄绿色气体，发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，阴极析出红色物质，生成铜，电极方程式为Cu²⁺+2e^-=Cu；
（4）利用电解法制备Na₂FeO₄，Fe作阳极，碱性条件下Fe失电子转化为FeO₄^2-离子，阳极电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni为阴极，发生还原反应，氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，FeO₄^2-离子氧化性很强，容易在阴极被还原，需要用用阳离子交换膜，防止生成的FeO₄^2-离子在阴极被还原；根据电子转移守恒，计算生成氢气的物质的量，再根据V=nV_m计算氢气体积．

解答 解：（1）CuFeS₂中Cu、Fe的化合价为+2价，S为-2价，
利用炉渣制取铁红，可加入氢氧化钠溶液除去SiO₂，Al₂O₃，然后灼烧可得铁红，需要的操作为溶解、过滤、灼烧，不需要蒸发结晶，
故答案为：+2；C；
（2）溶液中存在氢氧化镁的溶解平衡Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），电离出的氢氧根离子可与氯化铵电离出的铵根离子结合生成一水合氨，平衡右移，促进Mg（OH）₂的溶解，
故答案为：溶液中存在Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），加入氯化铵溶液浸泡时，发生NH₄⁺+OH^-=NH₃•H₂O，平衡右移，促进Mg（OH）₂的溶解；
（3）电解CuCl₂溶液一段时间，阳极产生2.24L（标准状况）黄绿色气体，发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑，且n（Cl₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，转移0.2mol电子，
阴极析出红色物质，生成铜，电极方程式为Cu²⁺+2e^-=Cu，则阴极析出0.1molCu，质量为m（CuCl₂）=0.1mol×135.5g/mol=13.5g，则若要使电解质溶液恢复至原浓度，应向电解后的溶液中加入13.5gCuCl₂，
故答案为：0.2；13.5gCuCl₂；
（4）利用电解法制备Na₂FeO₄，Fe作阳极，碱性条件下Fe失电子转化为FeO₄^2-离子，阳极电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，Ni为阴极，发生还原反应，氢离子放电生成氢气，阴极电极反应式为：6H₂O+6e^-=3H₂↑+6OH^-，所以电池反应式为：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；
根据电子转移守恒，生成氢气的物质的量为$\frac{0.6mol}{2}$=0.3mol，标况下氢气体积为0.3mol×22.4L/mol=6.72L；
故答案为：Fe+2OH^-+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$FeO₄^2-+3H₂↑；6.72L．

点评 本题考查较为综合，为高考常见题型，侧重于学生分析能力和计算能力的考查，题目涉及电极判断与电极反应式书写等问题，做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题中难点和易错点为电极方程式的书写，注意化合价的变化．