Question

【題目】鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物。

(1)取5.6 g的生鐵與足量的稀硫酸混合反應(yīng)，無論怎樣進行實驗，最終收集的氣體體積均小于2.24 L(標(biāo)準狀況)，最主要的原因是_____________________；所得溶液在長時間放置過程中會慢慢出現(xiàn)淺黃色，試用離子方程式解釋這一變化的原因：___________。

(2)ZnFe2Ox是一種新型納米材料，可將工業(yè)廢氣中的某些元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，制取納米ZnFe2Ox和用于除去廢氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系為ZnFe2O4ZnFe2Ox。若上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)中消耗的n(ZnFe2O4)∶n(H2)＝2∶1，x的值為________。請寫出 ZnFe2Ox與NO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________(x用前一問求出的具體值)。

(3)LiFePO4(難溶于水)材料被視為最有前途的鋰離子電池材料之一。

①以 FePO4(難溶于水)、Li2CO3、單質(zhì)碳為原料在高溫下制備LiFePO4，該反應(yīng)還生成一種可燃性氣體，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。

②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種(中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開)工作原理為FePO4＋LiLiFePO4。則放電時正極上的電極反應(yīng)式為___________________________________。

(4)已知25 ℃時Ksp[Fe(OH3)]＝4.0×10－38，此溫度下若在實驗室中配制5 mol·L－1 100 mL FeCl3溶液，為使配制過程中不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則至少需要加入______ mL 2 mol·L－1的鹽酸(忽略加入鹽酸時溶液體積的變化)。

Answer 1

【答案】 生鐵中含有碳等雜質(zhì) 4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 3.5 2NO2＋8ZnFe2O3.5N2＋8ZnFe2O4 2FePO4＋Li2CO3＋2C2LiFePO4＋3CO↑ FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 2.5

【解析】（1）生鐵中含有碳元素等物質(zhì)，5.6g鐵物質(zhì)的量少于0.1mol，生成的氫氣的體積少于2.24L（標(biāo)準狀況）；變黃色說明有Fe3+生成，是由Fe2+被氧氣氧化所導(dǎo)致的，其反應(yīng)的離子方程式為：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；（2）當(dāng)反應(yīng)中n（ZnFe2O4）：n（H2）=2：1時，依得失電子守恒原理可求出鐵的價態(tài)為升高了0.5價，由此可求出x=3.5；ZnFe2O3.5與NO2 反應(yīng)生成N2和ZnFe2O4，其反應(yīng)方程式為：2NO2＋8ZnFe2O3.5N2＋8ZnFe2O4；（3）①可燃性氣體是CO，反應(yīng)過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li2CO3中的碳元素由+4價降低到+2價，由此可寫出對應(yīng)的反應(yīng)式：2FePO4＋Li2CO3＋2C2LiFePO4＋3CO↑；②已知FePO4＋LiLiFePO4，F(xiàn)ePO4中Fe元素得電子，則放電時FePO4在正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，正極的方程式為：FePO4＋Li＋＋e－＝LiFePO4；（4）若不出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，則c（Fe3+）×c3（OH-）≤Ksp[Fe(OH)3]，代入有關(guān)數(shù)據(jù)后可求出c（OH-）≤2×10-13mol/L，c（H+）≥0.0025mol/L，因此至少要加入2.5mL相應(yīng)的鹽酸。