Question

金屬單質(zhì)及其化合物與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有密切的聯(lián)系．請回答下列問題：
（1）已知下列熱化學(xué)方程式：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）═2Fe（s）+3CO₂（g）△H₁=-25kJ?mol^-1
3Fe₂O₃（s）+CO（g）═2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）△H₂=-47kJ?mol^-1
Fe₃O₄（s）+CO（g）═3FeO（s）+CO₂（g）△H₃=+19kJ?mol^-1
寫出FeO（s）被CO（g）還原生成Fe（s）和CO₂（g）的熱化學(xué)方程式

 

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（2）從礦物學(xué)資料查得一定條件下自然界存在如下反應(yīng)：14CuSO₄+5FeS₂+12H₂O═7Cu₂S+5FeSO₄+12H₂SO₄．則5mol FeS₂發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

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（3）一定條件下，用Fe₂O₃、NiO或Cr₂O₃作催化劑對燃煤煙氣回收硫．反應(yīng)為：
2CO（g）+SO₂（g）

催化劑

2CO₂（g）+S（l）△H=-270kJ?mol^-1
其他條件相同、催化劑不同時，SO₂的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)溫度的變化如圖1，F(xiàn)e₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，不考慮催化劑價格因素，選擇Fe₂O₃的主要優(yōu)點是：

 

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某科研小組用Fe₂O₃作催化劑，在380℃時，分別研究了[n（CO）：n（SO₂）]分別為1：1、3：1時SO₂轉(zhuǎn)化率的變化情況（圖2）．則圖2中表示n（CO）：n（SO₂）=3：1的變化曲線為

 

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（4）通過控制溶液的pH對工業(yè)廢水中的金屬離子進(jìn)行分離．圖3是某些金屬氫氧化物在不同濃度和pH時的沉淀--溶解圖象，圖中直線上的點表示平衡狀態(tài)．當(dāng)溶液中的離子濃度小于1×10^-5mol?L^-1時，認(rèn)為該離子沉淀完全．
①相同條件下，F(xiàn)e（OH）₃、Al（OH）₃、Cr（OH）₃三種物質(zhì)的溶度積常數(shù)最大的是

 

，圖3中A、B、C三點中表示Fe（OH）₃的沉淀速率大于溶解速率的是

 

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②由圖3可得Fe（OH）₂的溶度積的值為

 

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（5）LiFePO₄電池具有穩(wěn)定性高、安全、環(huán)保等優(yōu)點，可用于電動汽車．電池反應(yīng)為：FePO₄+Li 

充電

放電

LiFePO₄，電池的正極材料是LiFePO₄，負(fù)極材料是石墨，含Li⁺導(dǎo)電固體為電解質(zhì)．放電時電池正極反應(yīng)為

 

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Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,氧化還原反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的調(diào)控作用,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式計算，然后寫出熱化學(xué)方程式；
（2）反應(yīng)14CuSO₄+5FeS₂+12H₂O=7Cu₂S+5FeSO₄+12H₂SO₄中，Cu元素化合價降低，被還原，CuSO₄為氧化劑，F(xiàn)eS₂中S元素化合價為-1價，反應(yīng)后分別升高為+6價、降低為-2價，F(xiàn)eS₂既是氧化劑又是還原劑，從元素化合價的角度判斷并計算該題；
（3）根據(jù)圖示內(nèi)容對比260℃時SO₂的轉(zhuǎn)化率來尋找反應(yīng)速率最快，根據(jù)催化劑和二氧化硫轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系來判斷Fe₂O₃作催化劑的優(yōu)點；
n（CO）：n（SO₂）=2：1時反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO₂）=3：1和n（CO）：n（SO₂）=1：1之間，壓強對反應(yīng)速率的影響來回答即可；
（4）①由圖象可知，相同條件下，F(xiàn)e（OH）₃、Al（OH）₃、Cr（OH）₃三種物質(zhì)的溶度積常數(shù)最大的是Cr（OH）₃；曲線上的點為飽和溶液時，曲線左邊是未飽和溶液，右邊為過飽和溶液；
②當(dāng)PH=9時，c（Fe²⁺）=1×10^-5mol?L^-1，再根據(jù)Ksp表達(dá)式求算；
（5）根據(jù)電池反應(yīng)可知，充電時的陽極反應(yīng)和原電池中正極反應(yīng)相反，陰極反應(yīng)和原電池中負(fù)極反應(yīng)相反，根據(jù)原電池和電解池的工作原理來回答．

解答： 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）；△H=-25kJ/mol
②3Fe₂O₃（s）+CO（g）=2Fe₃O₄（s）+CO₂（g）；△H=-47kJ/mol
③Fe₃O₄（s）+CO（g）=3FeO（s）+CO₂（g）；△H=+19kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律①×3-（③×2+②）得到：
6CO（g）+6FeO（s）=6Fe（g）+6CO₂（g）△H=-66KJ/mol；
得到熱化學(xué)方程式為：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol，
故答案為：CO（g）+FeO（s）=Fe（g）+CO₂（g）△H=-11KJ/mol；
（2）5molFeS₂發(fā)生反應(yīng)，Cu元素化合價由+2價→+1價，14molCuSO₄得到14mol電子，F(xiàn)eS₂→Cu₂S，S元素的化合價由-1價→-2價，生成7molCu₂S，得到7mol電子，有21mol電子轉(zhuǎn)移；
故答案為：21mol；
（3）根據(jù)圖示內(nèi)容，對比260℃時不同催化劑作用下SO₂的轉(zhuǎn)化率，可以看出Cr₂O₃作催化劑時，反應(yīng)速率最快，F(xiàn)e₂O₃和NiO作催化劑均能使SO₂的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，但是Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高SO₂的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源，
故答案為：Fe₂O₃作催化劑時，在相對較低溫度可獲得較高SO₂的轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約大量能源；
n（CO）：n（SO₂）=2：1時反應(yīng)速率界于n（CO）：n（SO₂）=3：1和n（CO）：n（SO₂）=1：1之間，反應(yīng)速率介于二者之間，且二氧化硫的轉(zhuǎn)化率和n（CO）：n（SO₂）=3：1是相等的，F(xiàn)e₂O₃作催化劑時，曲線a符合；
故答案為：在相對較低溫度可獲得較高的SO₂轉(zhuǎn)化率，從而節(jié)約能源；a
（4）①圖象分析判斷，相同條件下，F(xiàn)e（OH）₃、Al（OH）₃、Cr（OH）₃三種物質(zhì)的溶度積常數(shù)最大的是Cr（OH）₃；曲線上的點為飽和溶液時，曲線左邊是未飽和溶液，右邊為過飽和溶液；在過飽和溶液中要有固體析出，C點為過飽和溶液，其溶質(zhì)的沉淀速率大于溶解速率，
故答案為：Cr（OH）₃、C；
②由圖象可知，當(dāng)PH=9時，c（Fe²⁺）=1×10^-5mol?L^-1，Ksp=c（Fe²⁺）?c²（OH^-）=1×10^-5×（1×10^-5）² =1×10^-15，故答案為：1×10^-15；
（5）放電時，該裝置是原電池，正極反應(yīng)為：FePO₄+Li⁺+e^-═LiFePO₄；
故答案為：FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式計算應(yīng)用，氧化還原反應(yīng)，影響反應(yīng)速率和平衡的因素，沉淀溶解平衡理解分析判斷，化學(xué)電源新型電池知識，明確元素化合價是解本題關(guān)鍵，注意該反應(yīng)中元素化合價發(fā)生變化，圖象分析判斷方法的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難增大．