Question

12．Ⅰ．工业上用煤制天然气，生产过程中有途径生成CH₄，写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂0的热化学反应方程式CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
Ⅱ．电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁．某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：

按要求回答下列问题：
（1）滤渣1中存在的金属有Au、Pt．
（2）则操作②中X物质最好选用的是d（填编号）
a．酸性高锰酸钾溶液　　　　b．漂白粉　　　　c．氯气　　　　　　　d．双氧水
（3）用一个离子方程式表示在酸浸液中加入适量铝粉的反应：Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe．
（4）由CuSO₄•5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄•5H₂O放在坩埚（填仪器名称）中加热脱水．
（5）现在某些电器中使用的高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压．高铁电池的总反应为：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O$?_{充电}^{放电}$3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4KOH，
该电池放电时负极反应式为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，每有1mol　K₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol，充电时阳极反应式为Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
Ⅱ．用稀硫酸和浓硝酸的混合液在加热条件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，过滤除去不溶的Au、Pt，得滤液1，向滤液1中加入双氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液调节溶液pH，促进Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并过滤得到滤渣2和滤液2，滤液2经蒸发冷却、结晶、过滤得到胆矾晶体，滤液2用稀硫酸溶解后用Al置换Fe³⁺生成Fe，并过滤得滤液，同样蒸发冷却、结晶、过滤得到硫酸铝晶体；
（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生了反应，所以滤渣1的成分是Pt和Au；
（2）根据双氧水具有氧化性且被还原为水，产物无杂质无污染进行分析；
（3）滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝的混合物，加入酸溶液后生成了铁离子、铝离子，向该溶液中加入铝粉，铁离子与铝反应生成铁和铝离子，据此写出反应的离子方程式；
（4）加热硫酸铜晶体时需要放在坩埚中进行；
（5）放电时，Zn为负极，失去电子，发生电极反应：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
根据K₂FeO₄中铁的化合价由+6变化为+3，化合价降低3；
正反应中Fe元素的化合价降低，K₂FeO₄为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应：2Fe（OH）₃+10OH^--6e^-=2FeO₄^2-+8H₂O．

解答 解：Ⅰ．已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
根据盖斯定律，②+③-①×2得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1；
Ⅱ．用稀硫酸和浓硝酸的混合液在加热条件下溶解含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，过滤除去不溶的Au、Pt，得滤液1，向滤液1中加入双氧水氧化溶液里的Fe²⁺，然后滴加NaOH溶液调节溶液pH，促进Fe³⁺、Al³⁺水解完全生成Fe（OH）₃、Al（OH）₃，并过滤得到滤渣2和滤液2，滤液2经蒸发冷却、结晶、过滤得到胆矾晶体，滤液2用稀硫酸溶解后用Al置换Fe³⁺生成Fe，并过滤得滤液，同样蒸发冷却、结晶、过滤得到硫酸铝晶体；
（1）稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe发生反应生成Cu²⁺、Al³⁺、Fe²⁺，Au、Pt和酸不反应，所以滤渣是Au、Pt，
故答案为：Au、Pt；
（2）第②步加入试剂X的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，双氧水与亚铁离子的反应为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，双氧水做氧化剂被还原后为水，不引入杂质，对环境无污染，而高锰酸钾溶液、漂白粉、氯气做氧化剂，反应后引进了装置，且污染环境，所以试剂X最好选用双氧水，
故答案为：d；
（3）根据实验流程，酸浸液中含有铁离子和铝离子，向酸浸液中加入铝粉后，铁离子与铝发生反应生成铁和铝离子，反应的离子方程式为Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe，
故答案为：Fe³⁺+Al=Al³⁺+Fe；
（4）由CuSO₄•5H₂O制备CuSO₄时，应把CuSO₄•5H₂O放在坩埚中，
故答案为：坩埚；
（5）放电时，Zn为负极，失去电子，发生电极反应：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
K₂FeO₄中铁的化合价由+6变化为+3，化合价降低3，所以每有1molK₂FeO₄被还原，转移电子的物质的量为3mol，
正反应中Fe元素的化合价降低，K₂FeO₄为正极，则充电时为阳极，发生氧化反应：Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；3mol；Fe（OH）₃+5OH^--3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查较为全面，涉及热化学方程式书写、混合物的分离、可充电电池等知识，综合性较强，其中电化学是难点，注意正负极和阴阳极电极反应式的书写．