Question

17．钴、镍与铁是同族元素，主要化合价均为+2、+3价，它们的单质及化合物的性质有很多相似之处．试回答下列问题：
（1）氯化铁溶液呈酸　（填“酸”“中”或“碱”）性，原因是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺　　　　（用离子方程式表示）．
（2）将Co₃O₄与浓盐酸混合，可生成黄绿色气体．写出该反应的化学方程式：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O．
（3）Co²⁺和Fe³⁺均可与KSCN溶液发生相似的反应，向CoCl₂溶液中加入KSCN溶液，生成某种蓝色离子，该离子中钴元素的质量分数约为20%．则该离子的化学式为【Co（SCN）₄】^2-．
（4）为了比较Fe、Co、Cu三种金属的活动性，某实验小组设计如图实验装置．
丙装置中充入滴有酚酞的氯化钠溶液，X、Y均为石墨电极．反应一段时间后，可观察到甲装置中Co电极附近产生气泡，丙装置中X极附近溶液变红．可知三种金属的活动性由强到弱的顺序是Fe＞Co＞Cu（填元素符号） 若起始时装置丙中有1 L 1.5 mol•L^-1氯化钠溶液，一段时间后，a处收集到1.12 L H₂（标准状况），忽略溶液体积的变化，装置丙中所有离子的浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）氯化铁溶液中三价铁离子发生水解生成氢氧化铁和氢离子显酸性；
（2）Co₃O₄能与浓盐酸反应生成黄绿色气体，说明Co₃O₄做氧化剂被还原，据此书写化学方程式；
（3）设离子的化学式为【Co（SCN）_x】^（x-2）-，根据离子中钴元素的质量分数约为20%计算x；
（4）甲装置为原电池装置，反应一段时间后Co电极附近产生气泡，则Co为正极，Fe为负极，所以活泼性Fe＞Co；丙装置为电解池，其中X极附近溶液变红，说明X极放出氢气为阴极，所以与之相连的Co为负极，则Cu为正极，活泼性Co＞Cu；一段时间后，a处收集到1.12 L H₂（标准状况）即0.05mol，结合电解氯化钠溶液的方程式2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH以及Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O进行计算比较．

解答 解：（1）氯化铁溶液中三价铁离子发生水解生成氢氧化铁和氢离子显酸性，离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，故答案为：酸；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
（2）Co₃O₄能与浓盐酸反应生成黄绿色气体，说明Co₃O₄做氧化剂，将HCl中的氯元素氧化为氯气，Co₃O₄被还原为CoCl₂，故书写化学方程式为：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O，故答案为：Co₃O₄+8HCl（浓）=3CoCl₂+Cl₂↑+4H₂O；
（3）设离子的化学式为【Co（SCN）_x】^（x-2）-，则钴元素的质量分数$\frac{59}{59+58x}$×100%≈20%，解得x=4，所以离子的化学式为【Co（SCN）₄】^2-，故答案为：【Co（SCN）₄】^2-；
（4）甲装置为原电池装置，反应一段时间后Co电极附近产生气泡，则Co为正极，Fe为负极，所以活泼性Fe＞Co；丙装置为电解池，其中X极附近溶液变红，说明X极放出氢气为阴极，所以与之相连的Co为负极，则Cu为正极，活泼性Co＞Cu；所以三种金属的活动性由强到弱的顺序是Fe＞Co＞Cu；
一段时间后，a处收集到1.12 L H₂（标准状况）即0.05mol，又电解氯化钠溶液的方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH，所以消耗NaCl0.1mol，生成NaOH刚好与氯气反应，方程式为：Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，所以最终消耗NaCl0.1mol，生成0.05molNaCl和0.05molNaClO，则反应后的溶液中含有NaCl（1 L×1.5 mol•L^-1-0.1mol+0.05mol=1.45mol）和0.05molNaClO，NaClO水解显碱性，所以装置丙中所有离子的浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：Fe＞Co＞Cu；c（Na⁺）＞c（Cl^-）＞c（ClO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查的知识比较综合，涉及到盐类水解，物质性质、化学方程式的书写，原电池和电解池原理等，综合性比较强，难度比较大．