Question

5．鐵是目前人類使用量最大的金屬，它能形成多種化合物．
（1）工業(yè)上，向熾熱鐵屑中通入氯化氫可生成無水氯化亞鐵，若操作不當，制得的FeCl₂會含有少量FeCl₃，檢驗FeCl₃常用的試劑是硫氰化鉀溶液；為防止FeCl₂溶液中含有FeCl₃，最好在FeCl₂溶液中加入鐵粉．
（2）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、單質碳為原料在高溫下制備LiFePO₄，同時伴隨產生一種可燃性氣體，該反應的化學方程式為2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑．若有1molC參與反應，則轉移的電子數目為2N_A．
②磷酸鐵鋰動力電池有幾種類型，其中一種（中間是鋰離子聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，只允許鋰離子通過）工作原理為FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，如下圖所示．則放電時FePO₄一端為電池的正極，充電時陽極上的電極反應式為LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺．
（3）硫化亞鐵常用于工業(yè)廢水的處理．已知：25℃時，溶度積常數K_sp（FeS）=6.3×10^-18、K_sp（CdS）=3.6×10^-29．請寫出用硫化亞鐵處理含Cd²⁺的工業(yè)廢水的離子方程式Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s），在FeS、CdS的懸濁液中c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=1.75×10¹¹．
（4）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，此溫度下若在實驗室中配制5mol/L 100mL FeCl₃溶液，為使配制過程中不出現渾濁現象，則至少需要加入2.5ml、2mol/L的鹽酸（忽略加入鹽酸體積）．

Answer 1

分析 （1）三價鐵離子遇到硫氰化鉀溶液顯紅色；Fe與鐵離子反應生成亞鐵離子；
（2）①可燃性氣體是CO，反應過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，結合元素守恒和電子守恒配平方程式；C的化合價從0價升高到+2價；
②放電時正極上Fe元素得電子發(fā)生還原反應；
（3）依據溶度積常數分析判斷CdS更難溶，可以實現沉淀轉化；c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$；
（4）若不出現渾濁現象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關數據后可求出c（OH^-）≤2×10^-12mol/L，c（H⁺）≥mol/L，故至少要加入2.5ml相應的鹽酸．

解答 解：（1）三價鐵離子遇到硫氰化鉀溶液顯紅色，則檢驗FeCl₃常用的試劑是硫氰化鉀溶液；Fe與鐵離子反應生成亞鐵離子，則為防止FeCl₂溶液中含有FeCl₃，最好在FeCl₂溶液中加入鐵粉；
故答案為：硫氰化鉀溶液；鐵粉；
（2）①可燃性氣體是CO，反應過程中鐵元素由+3價降低到+2價，Li₂CO₃中的碳元素由+4價降低到+2價，由此可寫出對應的反應式：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；C的化合價從0價升高到+2價，則有1molC參與反應，則轉移的電子數目為2N_A；
故答案為：2FePO₄+Li₂CO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2LiFePO₄+3CO↑；2N_A；
②已知FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，FePO₄中Fe元素得電子，則放電時FePO₄在正極發(fā)生得電子的發(fā)生還原反應，正極的方程式為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
故答案為：正；FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（3）溶度積常數Ksp（FeS）=6.3×10^-18、Ksp（CdS）=3.6×10^-29，溶度積常數分析判斷CdS更難溶，可以實現沉淀轉化，Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s），所以能用硫化亞鐵處理含Cd²⁺的工業(yè)廢水；在FeS、CdS的懸濁液中c（Fe²⁺）：c（Cd²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（FeS）}{{K}_{sp}（CdS）}$=$\frac{6.3×1{0}^{-18}}{3.6×1{0}^{-29}}$=1.75×10¹¹；
故答案為：Cd²⁺（aq）+FeS（s）=Fe²⁺（aq）+CdS（s）；1.75×10¹¹；
（4）若不出現渾濁現象，則c（Fe³⁺）×C³（OH^-）≤K_sp[Fe（OH）₃]，代入有關數據后可求出c（OH^-）≤2×10^-13mol/L，c（H⁺）≥mol/L，故至少要加入2.5mL相應的鹽酸；
故答案為：2.5．

點評 本題考查了物質的檢驗、離子方程式的書寫、化學方程式的書寫、原電池原理的應用、溶度積的計算等，題目難度中等，側重于基礎知識的綜合應用考查．