Question

I．化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組擬通過實驗探究“新制的還原性鐵粉和過量鹽酸的反應(yīng)生成FeCl₂還是FeCl₃”．請你參與探究并回答有關(guān)問題：
（1）一位同學(xué)向反應(yīng)后的溶液中滴加NaOH溶液的方法來驗證溶液中含有Fe²⁺．
①可觀察到實驗現(xiàn)象是    ，
②反應(yīng)過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是    ．
（2）另一位同學(xué)向反應(yīng)后的溶液中先滴加KSCN溶液，再向其中滴加新制氯水，溶液呈現(xiàn)血紅色，但當(dāng)?shù)渭舆^量新制氯水時，卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去．為了弄清溶液紅色褪去的原因，同學(xué)們查到如下資料：
①鐵有一種化合物稱為鐵酸鹽（含有FeO₄^2-）．
②SCN^-的電子式為．
③氯水具有很強的氧化性．
于是同學(xué)們提出兩種假設(shè)，
①第一種假設(shè)是：Cl₂可將Fe³⁺氧化為FeO₄^2-，請寫出該離子反應(yīng)方程式    ．
②第二種假設(shè)是：    ，
II．某經(jīng)濟開發(fā)區(qū)將鈦冶煉廠與氯堿廠、甲醇廠組成了一個產(chǎn)業(yè)鏈（如圖所示），大大地提高了資源利用率，減少了環(huán)境污染．請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />
（1）寫出鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦的化學(xué)方程式：    ．
（2）由CO和H₂合成甲醇的方程式是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①已知該反應(yīng)在300℃時的化學(xué)平衡常數(shù)為0.27，該溫度下將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時反應(yīng)將    （填“向正反應(yīng)方向進行”、“向逆反應(yīng)方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
②若不考慮生產(chǎn)過程中物質(zhì)的任何損失，該產(chǎn)業(yè)鏈中每合成19.2t甲醇，至少需額外補充H₂    t．
（3）用甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池作電源電解精煉粗銅，在接通電路一段時間后純Cu質(zhì)量增加3.2g．
①請寫出燃料電池中的負(fù)極反應(yīng)式：    ．
②燃料電池正極消耗空氣的體積是    （標(biāo)況，空氣中O₂體積分?jǐn)?shù)以20%計算）．

Answer 1

【答案】分析：I．（1）根據(jù)NaOH溶液與FeCl₂溶液先后發(fā)生反應(yīng)：FeCl₂+2NaOH═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，可觀察到產(chǎn)生白色沉淀，迅速變灰綠色，最終變紅棕色沉淀，根據(jù)顏色變化書寫反應(yīng)現(xiàn)象；
（2）①根據(jù)Cl₂做氧化劑被還原生成氯離子，F(xiàn)e³⁺被氧化為FeO₄^2-，確定反應(yīng)物和生成物，然后根據(jù)化合價升降總數(shù)相等和原子守恒配平；
②SCN^-中S為負(fù)二價，N為負(fù)三價均為最低價有被氧化的可能，溶液的顏色會逐漸褪去，可能溶液中的SCN^-被過量的氯水氧化；
II．（1）分析流程可知，鈦鐵礦經(jīng)氯化得到四氯化鈦、氯化鐵和一氧化碳，依據(jù)原子守恒配平寫出；
（2）①依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進行的方向；
②根據(jù)CO和H₂合成甲醇的方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）以及2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO和2NaCl+2H₂O 2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得到相應(yīng)關(guān)系式來計算；
（3）①根據(jù)負(fù)極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)來回答；
②根據(jù)電路中的電子守恒來計算回答．
解答：解：I．（1）①NaOH溶液與FeCl₂溶液先后發(fā)生反應(yīng)：FeCl₂+2NaOH═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，可觀察到產(chǎn)生白色沉淀，迅速變灰綠色，最終變紅棕色沉淀，
故答案：產(chǎn)生白色沉淀，迅速變灰綠色，最終變紅棕色沉淀；
②涉及的反應(yīng)方程式為：FeCl₂+2NaOH═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，
故答案為：FeCl₂+2NaOH═Fe（OH）₂↓，4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃；
（2）①Cl₂做氧化劑被還原生成氯離子，F(xiàn)e³⁺被氧化為FeO₄^2-，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等和原子守恒得：2Fe³⁺+3Cl₂+8H₂O═2FeO₄^2-+6Cl^-+16H⁺，
故答案為：2Fe³⁺+3Cl₂+8H₂O═2FeO₄^2-+6Cl^-+16H⁺；
②SCN^-中S為負(fù)二價，N為負(fù)三價均為最低價有被氧化的可能，溶液的顏色會逐漸褪去，可能溶液中的SCN^-被過量的氯水氧化，
故答案為：SCN^-被Cl₂氧化；
II．（1）從圖示可知氯化時的反應(yīng)物為FeTiO₃、C、Cl₂，生成物為FeCl₃、TiCl₄、CO，再根據(jù)得失電子和原子守恒即可得出該反應(yīng)的方程式為2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO，
故答案為：2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO；
（2）①將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此狀態(tài)的濃度熵Qc===0.44＞0.27，即Qc＞K，所以此時反應(yīng)將向逆反應(yīng)方向進行，
故答案為：向逆反應(yīng)方向進行；
②由方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）、2FeTiO₃+6C+7Cl₂2FeCl₃+2TiCl₄+6CO、2NaCl+2H₂O2NaOH+H₂↑+Cl₂↑得如下關(guān)系式：6CH₃OH→6CO→7Cl₂→7H₂，而6CH₃OH→12H₂，故每生產(chǎn)6molCH₃OH（192g）需額外補充5molH₂（10g），則生產(chǎn)19.2t甲醇，至少需額外補充1.0t氫氣，故答案為：1.0；
（3）①甲醇-空氣堿性（KOH）燃料電池的總反應(yīng)為：3O₂+2CH₃OH+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，正極反應(yīng)式為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，負(fù)極反應(yīng)=總反應(yīng)-正極反應(yīng)，即為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②電解精煉粗銅時，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，當(dāng)生成3.2g純銅，至少轉(zhuǎn)移電子0.1mol，燃料電池的正極反應(yīng)為：3O₂+12e^-+6H₂O=12OH^-，轉(zhuǎn)移電子0.1mol，消耗氧氣0.025mol，折合成空氣為0.125mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.8L，
故答案為：2.8 L．
點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、平衡平衡的移動、氧化還原反應(yīng)等知識點，這些知識點都是考查熱點，也是學(xué)習(xí)重點，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．