Question

19．铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用．请回答下列问题：
（1）黄铁矿（主要成分为FeS₂）是生产硫酸的冶炼钢铁的重要原料．高温下可发生反应：其中一个反应为：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄，该过程若有1.5mol FeS₂参加反应，则反应过程中转移16 mol电子；
（2）氯化铝溶液显酸性，原因是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺（用离子方程式稀释）；
（3）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素（CO（NH₂）₂；它易被氧化），原理如图所示．
①电源的负极为B（填“A”或“B”）．
②阳极室中发生的反应依次为2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将不变；若阴极共收集到气体6.72L（标准状况），则除去的尿素为3.6 g（忽略气体的溶解）．
（4）为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究利用CO和H₂O反应转化为绿色能源H₂．已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•moL^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•moL^-1
写出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的热化学方程式：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

Answer 1

分析 （1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，只有O元素的化合价降低，利用化合价计算转移电子；
（2）AlCl₃为强酸弱碱盐，铝离子水解导致溶液呈酸性；
（3）①电解池的阴极连接电源的负极，根据电解产物判断；
②阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根据电极方程式计算，有关反应有为阴极反应为：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑），阳极反应为：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）利用盖斯定律，根据已知热化学方程式乘以合适的系数进行相应加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减．

解答 解：（1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，有1.5mol FeS₂参加反应，4mol氧气参加反应，只有O元素的化合价降低，则转移电子为4mol×2×[0-（-2）]=16mol，
故答案为：16；
（2）AlCl₃为强酸弱碱盐，铝离子水解导致溶液呈酸性，水解方程式为Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（3）①根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律及本题图中的电极产物H₂和Cl₂，可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极，故答案为：B；
②阳极首先发生氧化反应生成氯气，氯气和尿素反应生成氮气、二氧化碳和氯化氢，阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③阴极反应为：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）阳极反应为：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH^-、H⁺的数目相等，阳极室中反应产生的H⁺通过质子交换膜进入阴极室与OH^-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；由上述反应式可以看出，转移6mole^-时，阴极产生3molH₂，阳极产生1molN₂和1molCO₂，故电解收集到的6.72 L气体中，V（N₂）=V（CO₂）=$\frac{6.72}{5}$L=1.344L，
即n（N₂）=n（CO₂）=0.06 mol，根据方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知生成0.06mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物质的量也为0.06 mol，其质量为：m[CO（NH₂）₂]=0.06mol×60 g•mol^-1=3.6 g，
故答案为：不变；3.6；
（4）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根据盖斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

点评 本题考查了盖斯定律及其电解原理知识，包括电极产物的判断、电解原理及其应用等，解答电解原理试题时，首先要注意阳极材料，若阳极材料为除Au、Pt之外的金属，则阳极金属先失去电子，若阳极材料为惰性电极，则考虑阴离子的放电顺序，熟记阴阳离子的放电顺序是解题的关键．