Question

2．鐵元素在溶液中可以Fe²⁺、Fe³⁺、FeO₄^2-、H₃FeO₄⁺等形式存在．回答下列問題：
（1）Fe²⁺與Ag⁺在溶液中可發(fā)生反應．室溫時，向初始濃度為0.1mol•L^-1的Fe（NO₃）₂溶液中加入AgNO₃固體，溶液中Fe³⁺的平衡濃度c（Fe³⁺）隨c（Ag⁺）的變化如圖甲所示（忽略溶液體積變化）：

①用離子方程式表示Fe（NO₃）₂溶液中的轉化反應Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag．
②根據(jù)A點數(shù)據(jù)，計算Fe²⁺的轉化率76%．
③升高溫度，溶液中Fe²⁺的轉化率減小，則該反應的△H＜0 （填“＞”“＜”或“=”）；降溫時，該反應的平衡常數(shù)將變大 （填“變大”“變小”或“不變”）．
（2）利用圖乙所示的裝置，證明上述反應的可逆性．閉合電鍵K，立即觀察到電流計指針發(fā)生偏轉，此時鹽橋中的K⁺由右向左移動，則石墨電極為電池的正極（填“正”或“負”），銀電極的電極反應式為Ag-e^-?Ag⁺．
（3）高鐵酸鹽在水溶液中有四種含鐵微粒．25℃時，它們的物質的量分數(shù)隨PH的變化如圖丙所示：
①為獲得盡可能純凈的高鐵酸鹽，應控制pH的最小值為8．
②H₃FeO₄⁺ 的電離常數(shù)分別為K₁=2.51×l0^-2  K₂=4.16×10^-4   K₃=5.01×10^-8，當PH=6時，溶液中$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=5.01×10^-2．

Answer 1

分析 （1）①Fe²⁺與Ag⁺在溶液中可發(fā)生反應，考慮為氧化還原反應，反應生成Fe³⁺，Ag，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
②根據(jù)A點的數(shù)據(jù)，A點時溶液中c（Ag⁺）=1.0mol/L，c（Fe³⁺）=0.076mol/L，根據(jù)反應方程式計算Fe²⁺的轉化率；
③升高溫度，溶液中Fe²⁺的轉化率減小，表明升高溫度反應向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，降溫時，反應向正反應方向移動，正反應趨勢增大，據(jù)此判斷焓變情況和化學平衡常數(shù)的變化；
（2）根據(jù)圖乙所示的電化學裝置，是一個原電池裝置，中間靠鹽橋連接，結合總反應的方程式分析，原電池中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，據(jù)此分析，寫出電極反應式；
（3）①根據(jù)粒子濃度變化圖分析，當pH大于8時，溶液中FeO₄^2-的濃度很大，表明溶液中可以大量存在FeO₄^2-；
②根據(jù)H₃FeO₄⁺ 的電離常數(shù)分析計算．

解答 解：（1）①Fe²⁺與Ag⁺在溶液中可發(fā)生反應，考慮為氧化還原反應，反應生成Fe³⁺，Ag，則反應的離子方程式為：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，
故答案為：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag；
②根據(jù)A點的數(shù)據(jù)，A點時溶液中c（Ag⁺）=1.0mol/L，c（Fe³⁺）=0.076mol/L，發(fā)生的反應為：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，根據(jù)反應關系，F(xiàn)e²⁺轉化了0.076mol/L，已知起始濃度c（Fe²⁺）=0.1mol/L，所以Fe²⁺的轉化率為$α=\frac{0.076mol/L}{0.1mol/L}×100%$=76%，
故答案為：76%；
③升高溫度，溶液中Fe²⁺的轉化率減小，表明升高溫度反應向逆反應方向移動，則正反應為放熱反應，則該反應的△H＜0，
降溫時，反應向正反應方向移動，正反應趨勢增大，則反應的平衡常數(shù)也增大，
故答案為：＜；變大；
（2）根據(jù)圖乙所示的電化學裝置，是一個原電池裝置，中間靠鹽橋連接，總反應為：Fe²⁺+Ag⁺?Fe³⁺+Ag，根據(jù)總反應方程式，設計為原電池時，原電池中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，由于鹽橋中的K⁺由右向左移動，則石墨電極為電池的正極，
銀電極為原電池的負極，負極發(fā)生的反應為物質失去電子，發(fā)生氧化反應，則負極的電極反應式為：Ag-e^-=Ag⁺，
故答案為：正；Ag-e^-=Ag⁺；
（3）①根據(jù)粒子濃度變化圖分析，當pH大于8時，溶液中FeO₄^2-的濃度很大，表明溶液中可以大量存在FeO₄^2-，所以為獲得盡可能純凈的高鐵酸鹽，應控制pH的最小值為8，
故答案為：8；
②根據(jù)H₃FeO₄⁺ 的電離常數(shù)分析，其三級電離平衡常數(shù)為K=$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）c（{H}^{+}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=5.01×10^-8，則$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=$\frac{{K}_{3}}{c（{H}^{+}）}$，當溶液中pH=6時，則溶液中c（H⁺）=10^-6mol/L，所以$\frac{c（Fe{O}_{4}^{2-}）}{c（HFe{O}_{4}^{-}）}$=$\frac{{K}_{3}}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{5.01×1{0}^{-8}}{1{0}^{-6}}$=5.01×10^-2，
故答案為：5.01×10^-2．

點評 本題主要考查化學原理部分知識，包含氧化還原反應方程式的書寫，轉化率的計算，化學平衡的移動，電化學知識，電極反應式的書寫，平衡常數(shù)的計算，均為高頻考點，題目難度不大，是基礎題．