Question

10．某反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物有：FeCl₂、FeCl₃、CuCl₂、Cu．

（1）將上述反應(yīng)設(shè)計成的原電池如圖甲所示，請回答下列問題：
①圖中X溶液是FeCl₃；②Cu電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為Cu-2e^-=Cu²⁺；
③原電池工作時，鹽橋中的K⁺離子（填“K⁺”或“Cl^-”）不斷進入X溶液中．
（2）將上述反應(yīng)設(shè)計成的電解池如圖乙所示，乙燒杯中金屬陽離子的物質(zhì)的量與電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量的變化關(guān)系如圖丙，請回答下列問題：
①M是負(fù)極；②圖丙中的②線是Fe²⁺離子的變化．
③當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為2mol時，向乙燒杯中加入2.8L 5mol•L^-1NaOH溶液才能使所有的金屬陽離子沉淀完全．
（3）鐵的重要化合物高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型飲用水消毒劑，具有很多優(yōu)點．
①高鐵酸鈉生產(chǎn)方法之一是電解法，其原理為Fe+2NaOH+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Na₂FeO₄+3H₂↑，則電解時陽極的電極反應(yīng)式是Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
②高鐵酸鈉生產(chǎn)方法之二是在強堿性介質(zhì)中用NaClO氧化Fe（OH）₃生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，該反應(yīng)的離子方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
③Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因高價鐵具有氧化性，能殺菌消毒，生成的Fe³⁺水解形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水作用．

Answer 1

分析 （1）①由甲中反應(yīng)為2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂進行分析；
②銅作負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
③鹽橋中陽離子向正極移動；
（2）①根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)X的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此Cu做陽極，石墨做陰極；
②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化確定曲線對應(yīng)的離子；
③結(jié)合轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量計算；
（3）①用電解法制備鐵酸鈉，電解時鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)結(jié)合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水；
②NaClO氧化Fe（OH）₃生成高鐵酸鈉、氯化鈉和水，根據(jù)得失電子守恒寫出離子方程式；
③高鐵酸鈉具有強氧化性能殺菌消毒，在反應(yīng)過程中被還原為鐵離子在水溶液中水解生成氫氧化鐵膠體．

解答 解：（1）①據(jù)反應(yīng)物和生成物可以確定甲中反應(yīng)為2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂，則X為FeCl₃，故答案為：FeCl₃； 
②銅作負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，故答案為：Cu-2e^-=Cu²⁺；
③Cu做負(fù)極，石墨作正極，鹽橋中陽離子向正極移動，則K⁺不斷移向正極即進入X溶液中，故答案為：K⁺； 
（2）①根據(jù)丙圖可知溶液中有三種金屬陽離子，而根據(jù)X的成分可知X中只有兩種金屬陽離子，說明在電解過程中還有Cu²⁺生成，因此Cu做陽極，石墨做陰極，則M為負(fù)極，N為正極，故答案為：負(fù)；
②在電解過程中有Cu²⁺生成，則Cu²⁺的物質(zhì)的量從零逐漸增大，所以③為Cu²⁺，由圖可知，①表示的金屬離子的物質(zhì)的量正極減少，則為Fe³⁺，所以②為Fe²⁺，故答案為：Fe²⁺； 
③當(dāng)電子轉(zhuǎn)移為2mol時，溶液中有Fe³⁺ 2mol，F(xiàn)e²⁺ 3mol，Cu²⁺為1mol，所以需要加入NaOH溶液14mol，所以NaOH溶液等體積為$\frac{14mol}{5mol/L}$=2.8L，
故答案為：2.8；
（3）①用鐵做陽極電解氫氧化鈉制備鐵酸鈉，電解時鐵失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)結(jié)合氫氧根離子生成鐵酸跟離子和水，電極反應(yīng)式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
②NaClO氧化Fe（OH）₃的反應(yīng)方程式為2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
③Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因是高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
故答案為：高價鐵具有氧化性，能殺菌消毒，生成的Fe³⁺水解形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水作用；

點評 本題考查原電池、電解池工作原理等知識，綜合性強，難度大，主要考查學(xué)生分析問題的能力，是高考的熱點習(xí)題．