Question

20．铁、钴（Co）、镍（Ni）是同族元素，都是较活泼的金属，它们的化合物在工业上有重要的应用．
（1）草酸钴（CoC₂O?）是一种难溶于水的浅粉红色粉末，通常用硫酸钴溶液和草酸铵溶液反应制得，写出该反应的离子方程式：C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓
（2）现将含0.5mol FeCl₃的溶液和含0.5mol KSCN的溶液混合，混合后溶液体积为1L，已知溶液存在平衡：Fe³⁺+SCN^-?Fe（SCN）²⁺（忽略其它过程）．平衡浓度c[Fe（SCN）²⁺]与温度T的关系如图1所示：则该反应△H＜ 0（填“＞”或“＜”），温度为T₁时，反应在5秒钟时达到平衡，平衡时c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，求达到平衡时的平均反应速率
v（SCN^-）=0.09mol•L^-1•S^-1，该温度下的Fe³⁺的平衡转化率为90%，该温度下反应的平衡常数为180．

（3）已知某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的浓度分别为0.60mol/L和1.2mol/L，取一定量的该溶液，向其中滴加NaOH溶液，当Co（OH）₂开始沉淀时，溶液中 $\frac{c（C{O}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}$ 的值等于3.0．（取两位有效数字）
（已知K_sp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，K_sp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15）
（4）工业上还可用通过电解浓NaOH溶液制备Na₂FeO₄，其工作原理如图2所示，则阳极的电极反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）硫酸钴溶液和草酸铵溶液发生复分解反应生成难溶的草酸钴，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（2）根据平衡移动原理可知，升高温度平衡向吸热的反应方向移动，据此可判断反应的△H；根据
$v=\frac{△c}{t}$计算反应速率，转化率=$\frac{已转化的量}{起始的量}$×100%，平衡常数等于生成物浓度的系数次幂之积除以反应物浓度的系数次幂之积，据此答题；
（3）Ksp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，Ksp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，对于同种类型的沉淀，Ksp越小，越难溶，则在滴加氢氧化钠溶液的过程中，二价镍离子先沉淀，Ni²⁺+2OH^-=Ni（OH）₂↓，当Co²⁺开始沉淀时，溶液中存在两个溶解平衡：Co（OH）₂?CO²⁺+2OH^-，Ni（OH）₂?Ni²⁺+2OH^-，根据Ksp[Co（OH）₂]计算出此时溶液中c（OH^-），则可计算出此时溶液中剩下的镍离子浓度，最终得出溶液中$\frac{c（Co{\;}^{2+}）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$的值；
（4）依据图阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO₄^2-结合碱性环境来写出电极方程式；

解答 解：（1）硫酸钴溶液和草酸铵溶液发生复分解反应生成难溶的草酸钴，反应的离子方程式为C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓，
故答案为：C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓；
（2）根据平衡移动原理可知，升高温度平衡向吸热的反应方向移动，根据图可知，升高温度，c[Fe（SCN）²⁺]的值减小，所以△H＜0，反应在5秒钟时达到平衡，平衡时c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，则达到平衡时的平均反应速率v（SCN^-）=v[Fe（SCN）²⁺]=$\frac{0.45}{5}$mol•L^-1•S^-1=0.09mol•L^-1•S^-1，参加反应的Fe³⁺的物质的量为0.45mol，所以Fe³⁺的转化率=$\frac{0.45}{0.5}$×100%=90%，平衡时各物质的浓度为：c（Fe³⁺）=c（SCN^-）=0.05mol/L，c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，所以平衡常数K=$\frac{0.45}{0.05×0.05}$=180，
故答案为：＜；0.09；90%；180；
（3）Ksp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，Ksp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，对于同种类型的沉淀，Ksp越小，越难溶，则在滴加氢氧化钠溶液的过程中，二价镍离子先沉淀，Ni²⁺+2OH^-=Ni（OH）₂↓，
当Co²⁺开始沉淀时，溶液中存在两个溶解平衡：C_O（OH）₂?CO²⁺+2OH^-，Ni（OH）₂?Ni²⁺+2OH^-，
根据Ksp[Co（OH）₂]计算出此时溶液中c（OH^-），c（OH^-）=$\sqrt{\frac{K{\;}_{SP[Co}{\;}_{（OH）{\;}_{2}}]}{c（Co{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{6.0×10{\;}^{-15}}{0.6}}$=10^-7mol/L，
则溶液中剩下的镍离子浓度c（Ni²⁺）=$\frac{K{\;}_{SP}[Ni（OH）{\;}_{2}]}{c{\;}^{2}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{2.0×10{\;}^{-15}}{（10{\;}^{-7}）^{2}}$=0.2mol/L，溶液中$\frac{c（Co{\;}^{2+}）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$=$\frac{0.6mol/L}{0.2mol/L}$=3.0，
故答案为：3.0；
（4）阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO₄^2-，由于是碱性环境，故电极方程式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

点评 本题考查了铁及其化合物的知识，涉及反应热的判断、转化率、平衡常数的计算、难溶电解质的计算、电极反应的书写等，综合性强，有一定难度，应注意基础知识的灵活运用．