题目内容

【题目】铁及其化合物在日常生活中有广泛的应用,回答下列问题。

(1)用K2FeO4给水消毒、杀菌时得到的Fe3+可以净水,Fe3+净水原因是____________(用离子方程式表示);但Fe3+净水要腐蚀设备,在腐蚀钢铁设备时,除H+作用外,另一主要原因是________________________________。

(2)钢铁腐蚀造成很大损失,用如图装置防止钢铁腐蚀(烧杯中均为食盐水),X极的电极材料应是________________(填字母)。

A、锌 B、铜 C、银 D、石墨

(3)高铁电池是一种新型的二次电池,电解液为碱性溶液,其反应式如下:

3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH

①写出该电池放电时的正极反应式______________________________。

②如图为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线,由此可得出高铁电池的优点有______。

(4)从保护环境的角度考虑,制备K2FeO4较好的方法为电解法,其装置如图所示。

①石墨做电解池的______极(填“阴”或“阳”),溶液中OH-向_____移动(填“铁丝网”或“石墨”)

②电解过程中阳极的电极反应式为______________________________。

③若维持电流强度为6A,电解5小时,理论上可制得K2FeO4的质量为_________g(已知F=96500 C/mol,结果保留1位小数)

(5)已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,此温度下若在实验室中配制5 mol/L 500 mL FeCl3溶液,为使配制过程中不出现浑浊现象,则至少需要加入____mL 2 mol/L的盐酸(滴加盐酸前后,溶液总体积不变)。

【答案】Fe3+ +3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+ 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ A FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH- 使用时间长;工作电压稳定 阴 铁丝网 Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O 36.9 g 12.5

【解析】

本题主要考查原电池、电解池的相关知识,由金属的活泼性确定原电池的正负极、电解池的阴阳极,或者由元素的化合价升降确定正负极和阴阳极。

(1)高铁酸钾被还原后的产物Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质,可起到净水的作用,Fe3+水解离子方程式为:Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+,故答案为Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+;

铁离子具有氧化性,钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子,离子方程式是:2Fe3++Fe=3Fe2+,故答案为2Fe3++Fe=3Fe2+;

(2)装置为原电池,若用如图装置保护铁,X极的电极材料应比铁活泼,可以选择锌,故答案为A;

(3)①放电时,正极得到电子发生还原反应,FeO42-获得电子生成Fe(OH)3,应有水参与反应,同时生成氢氧根离子,正极电极反应式为:FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-;

故答案为FeO42- + 3e- + 4H2O = Fe(OH)3 + 5OH-;

②由图可知,高铁电池的优点有放电时间长,工作电压稳定等优点;

故答案为使用时间长;工作电压稳定;

(4)①图为电解池,铁是活泼金属失去电子发生氧化反应,作为电解池的阳极,石墨得到电子发生还原反应,作为阴极,溶液中的阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,故OH-向阳极即铁丝网移动,故答案为阴;铁丝网;

②K2FeO4能消毒、净水的原因是高价铁具有氧化性,能消毒杀菌,生成Fe3+形成胶体,具有吸附水中悬浮物的净水作用,电解时阳极Fe失去电子发生氧化反应,阳极的电极反应式为Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O,故答案为Fe - 6e- + 8OH- = FeO42- + 4H2O;

③维持电流强度为6A,电解5小时,时间为18000s,F=96500 C/mol,Q=It=6C/s×18000s,通过的电子为,则理论上可制得K2FeO4的最大质量=≈36.9g,

故答案为36.9g;

(5)要使溶液不产生沉淀,则溶液中c(OH-)==mol/L =2×10-13mol/L,溶液中c(H+)===0.05mol/L,加入稀盐酸体积==12.5mL;

故答案为12.5mL。

练习册系列答案
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【题目】运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等有重要意义。

(1)用CO可以合成甲醇,已知:

CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-764.5kJmol-1;

CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0kJmol-1;

H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1;

则CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=___________kJmol-1.

(2)下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是___________(填写序号).

a.使用催化剂;b.降低反应温度;

c.增大体系压强;d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来;

(3)在一定压强下,容积为VL的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醛,平衡转化率与温度、压强的关系如图1所示.

①P1___________P2(填“大于”、“小于”或“等于”);

②100℃时,该反应的化学平衡常数K=___________;

③100℃,达到平衡后,保持压强P1不变的情况下,向容器中通入CO、 H2、CH3OH各0.5amol,则平衡___________(填“向左”“不”或“想右”)移动

(4)利用原电池原理,用SO2和H2O来制备硫酸,该电池用多孔材料作电极,它能吸附气体,同时也能使气体与电解质溶液充分接触,请写出该电池的负极的电极反应式___________;

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【题目】党的十八大以来,我国在科技创新和重大工程建设方面取得了丰硕成果,在新时代更需要新科技创新世界。2018年3月5日,《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者均为中国科大10级少年班现年仅21岁的曹原。曹原团队在双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变。石墨烯是一种由碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(如图甲),石墨烯中部分碳原子被氧化后,其平面结构会发生改变,转化为氧化石墨烯(如图乙)。

(1)图乙中1号C与相邻C有无形成π键__________(填“有”、或“无”)。

(2)图甲中1号C的杂化方式________。该C与相邻C形成的键角______(填“>”、“<”或“=”)1200。

(3)我国制墨工艺是将50nm左右的石墨烯或氧化石墨烯溶于水,在相同条件下所得到的分散系后者更为稳定,其原因是____________________。

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(6)一定条件下,CH4、CO2都能与H2O形成笼状结构(如下图所示)的水合物晶体,其相关参数见下表。CH4与H2O形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。

①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力是_________;

②有科学家提出用CO2置换CH4的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm,结合图表从物质结构及性质的角度分析,该设想能否实现:________ (填“能”、或“否”)。

可燃冰与二氧化碳替换的水合物的熔点较高的是_________。

参数

分子

分子直径/nm

分子与H2O的结合能E/(kJ·mol-1)

CH4

0.436

16.40

CO2

0.512

29.91

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