Question

2．铁元素在溶液中可以Fe²⁺、Fe³⁺、FeO₄^2-、H₃FeO₄⁺等形式存在．回答下列问题：
（1）Fe²⁺与Ag⁺在溶液中可发生反应．室温时，向初始浓度为0.1mol•L^-1的Fe（NO₃）₂溶液中加入AgNO₃固体，溶液中Fe³⁺的平衡浓度c（Fe³⁺）随c（Ag⁺）的变化如图甲所示（忽略溶液体积变化）：

①用离子方程式表示Fe（NO₃）₂溶液中的转化反应Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag．
②根据A点数据，计算Fe²⁺的转化率76%．
③升高温度，溶液中Fe²⁺的转化率减小，则该反应的△H＜0 （填“＞”“＜”或“=”）；降温时，该反应的平衡常数将变大 （填“变大”“变小”或“不变”）．
（2）利用图乙所示的装置，证明上述反应的可逆性．闭合电键K，立即观察到电流计指针发生偏转，此时盐桥中的K⁺由右向左移动，则石墨电极为电池的正极（填“正”或“负”），银电极的电极反应式为Ag-e^-?Ag⁺．
（3）高铁酸盐在水溶液中有四种含铁微粒．25℃时，它们的物质的量分数随PH的变化如图丙所示：
①为获得尽可能纯净的高铁酸盐，应控制pH的最小值为8．
②H₃FeO₄⁺ 的电离常数分别为K₁=2.51×l0^-2  K₂=4.16×10^-4   K₃=5.01×10^-8，当PH=6时，溶液中$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=5.01×10^-2．

Answer 1

分析 （1）①Fe²⁺与Ag⁺在溶液中可发生反应，考虑为氧化还原反应，反应生成Fe³⁺，Ag，据此写出反应的离子方程式；
②根据A点的数据，A点时溶液中c（Ag⁺）=1.0mol/L，c（Fe³⁺）=0.076mol/L，根据反应方程式计算Fe²⁺的转化率；
③升高温度，溶液中Fe²⁺的转化率减小，表明升高温度反应向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，降温时，反应向正反应方向移动，正反应趋势增大，据此判断焓变情况和化学平衡常数的变化；
（2）根据图乙所示的电化学装置，是一个原电池装置，中间靠盐桥连接，结合总反应的方程式分析，原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，据此分析，写出电极反应式；
（3）①根据粒子浓度变化图分析，当pH大于8时，溶液中FeO₄^2-的浓度很大，表明溶液中可以大量存在FeO₄^2-；
②根据H₃FeO₄⁺ 的电离常数分析计算．

解答 解：（1）①Fe²⁺与Ag⁺在溶液中可发生反应，考虑为氧化还原反应，反应生成Fe³⁺，Ag，则反应的离子方程式为：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，
故答案为：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag；
②根据A点的数据，A点时溶液中c（Ag⁺）=1.0mol/L，c（Fe³⁺）=0.076mol/L，发生的反应为：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，根据反应关系，Fe²⁺转化了0.076mol/L，已知起始浓度c（Fe²⁺）=0.1mol/L，所以Fe²⁺的转化率为$α=\frac{0.076mol/L}{0.1mol/L}×100%$=76%，
故答案为：76%；
③升高温度，溶液中Fe²⁺的转化率减小，表明升高温度反应向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，则该反应的△H＜0，
降温时，反应向正反应方向移动，正反应趋势增大，则反应的平衡常数也增大，
故答案为：＜；变大；
（2）根据图乙所示的电化学装置，是一个原电池装置，中间靠盐桥连接，总反应为：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，根据总反应方程式，设计为原电池时，原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，由于盐桥中的K⁺由右向左移动，则石墨电极为电池的正极，
银电极为原电池的负极，负极发生的反应为物质失去电子，发生氧化反应，则负极的电极反应式为：Ag-e^-=Ag⁺，
故答案为：正；Ag-e^-=Ag⁺；
（3）①根据粒子浓度变化图分析，当pH大于8时，溶液中FeO₄^2-的浓度很大，表明溶液中可以大量存在FeO₄^2-，所以为获得尽可能纯净的高铁酸盐，应控制pH的最小值为8，
故答案为：8；
②根据H₃FeO₄⁺ 的电离常数分析，其三级电离平衡常数为K=$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=5.01×10^-8，则$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=$\frac{{K}_{3}}{c（{H}^{+}）}$，当溶液中pH=6时，则溶液中c（H⁺）=10^-6mol/L，所以$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=$\frac{{K}_{3}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{5.01×1{0}^{-8}}{1{0}^{-6}}$=5.01×10^-2，
故答案为：5.01×10^-2．

点评 本题主要考查化学原理部分知识，包含氧化还原反应方程式的书写，转化率的计算，化学平衡的移动，电化学知识，电极反应式的书写，平衡常数的计算，均为高频考点，题目难度不大，是基础题．