Question

Fe、Cu、Al是常見的金屬元素，按要求回答下列問題：
（1）向氯化銅溶液中加入一定量的鐵粉和鋁粉混合物，充分反應后，下列情況可能出現(xiàn)的是

 

（填編號）
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al
（2）將一定質量的鐵、鋁、銅合金，加入1L 一定物質的量濃度的硝酸中，完全溶解，測得溶液中（忽略溶液體積的變化） c（H⁺）=0.5mol/L，c（Cu²⁺）=0.3mol/L，c（Al³⁺）=0.2mol/L，c（NO₃^-）=2mol/L，則混合物中鐵的質量為

 

．
（3）在硫酸銅溶液中加入碘化鉀溶液，有白色沉淀生成，溶液的顏色則由藍色變?yōu)樯铧S色，經(jīng)分析證明白色沉淀是碘化亞銅，該反應的離子方程式為

 

．
（4）Li-Al/FeS是一種可充電電池，電池中用含Li⁺導電固體作為電解質，在工作過程中Li⁺的物質的量保持不變，其正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，則電池的負極反應式為

 

．充電時，陽極發(fā)生反應的物質是

 

．用該電池作電源，組成如圖所示裝置（a、b、c、d均為石墨電極）．電解后向甲中加入適量的

 

（填物質化學式），可以使溶液恢復到原來狀態(tài)，當500mL乙溶液的pH為13時，在b極上生成物質的質量為

 

．

Answer 1

考點：鐵的化學性質,化學電源新型電池,電解原理,鋁的化學性質,銅金屬及其重要化合物的主要性質

專題：電化學專題,幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）根據(jù)金屬反應的先后順序以及足量和不足兩種情況進行分析，在金屬活動性順序中，鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，然后鐵與與鹽溶液反應；
（3）根據(jù)溶液中含有硝酸，所以鐵以Fe³⁺的形式存在，然后再根據(jù)電荷守恒求出Fe³⁺的濃度以及其物質的量，最后根據(jù)質量守恒求出鐵的物質的量和質量；
（3）根據(jù)題意生成物為碘化亞銅，單質碘，然后根據(jù)質量守恒配平；
（4）Li和Al都屬于金屬，合金中Li較Al活潑，根據(jù)正極反應式知，原電池的電極材料Li-Al/FeS，判斷出負極材料為Li，失去電子，化合價升高；又知該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，所以電池反應為：2Li+FeS=Li₂S+Fe，充電時為電解池原理，陽極發(fā)生氧化反應，失去電子，化合價升高；
根據(jù)陰陽極上析出的物質判斷要使電解后溶液恢復到電解前的狀態(tài)需加入的物質；先根據(jù)電極方程式計算出電極上轉移的電子數(shù)，而各個電極上轉移的電子數(shù)是相等的最終求出b極上生成物質的質量．

解答： （1）鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，
a．鋁粉、鐵粉都全部與溶液反應，且溶液過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；
b．鋁粉部分與溶液反應、鐵粉與溶液未反應，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；
c．鋁粉氯化銅溶液反應生成氯化亞鐵和銅，不可能生成Fe³⁺，故c錯誤；
d．鋁先與氯化銅溶液反應，然后鐵與氯化銅溶液反應，只要鋁剩余，鐵與氯化銅溶液就不反應，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d錯誤；
故選：ab；
（2）溶液中含有硝酸，所以鐵以Fe³⁺的形式存在，溶液中的電荷守恒：c（H⁺）×1+c（Cu²⁺）×2+c（Al³⁺）×3+c（Fe³⁺）×3=c（NO₃^-）×1，即 0.5mol/L+0.3mol/L×2+0.2mol/L×3+c（Fe²⁺）×3=2mol/L，解得：c（Fe³⁺）=0.1mol/L，F(xiàn)e³⁺的其物質的量為0.1mol/L×1L=0.1mol，鐵的物質的量也為0.1mol，質量為0.1mol×56g/mol=5.6克，故答案為：5.6克；
（3）在硫酸銅溶液中加入碘化鉀溶液，有白色沉淀碘化亞銅生成，同時生成了碘單質，即：2Cu²⁺+4I^-═2CuI↓+I₂，故答案為：2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂
（4）Li和Al都屬于金屬，合金中Li較Al活潑，根據(jù)正極反應式知，原電池的電極材料Li-Al/FeS，判斷出負極材料為Li，發(fā)生反應為：2Li-2e^-=2Li⁺；又知該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-=Li₂S+Fe，所以電池反應為：2Li+FeS=Li₂S+Fe，充電時為電解池原理，F(xiàn)e發(fā)生氧化反應，失去電子，化合價升高；故答案為：2Li-2e^-=2Li⁺；Fe；     
陰極上有銅生成，陽極上有氧氣生成，所以要使電解后溶液恢復到電解前的狀態(tài)需加入的物質是氧化銅；碳酸銅和硫酸反應生成硫酸銅和二氧化碳，所以也可加人碳酸銅；
當乙中溶液的pH是13時（此時乙溶液體積為500mL）時，根據(jù)電極反應2H₂0+2e^-═H₂↑+2OH^-，OH^-的物質的量為：0.1mol/l×0.5L=0.05mol，轉移0.05mol電子，甲中在b極上發(fā)生反應：
Cu²⁺+2e^-═Cu，生成Cu的物質的質量為0.025mol，其質量為：0.025mol×64g/mol=1.6克，故答案為：CuO或CuCO₃，1.6克．

點評：本題是一道綜合題，考查的知識點較多，難度中等以上，要求學生熟記教材知識，學以致用．