Question

20．鐵、鈷（Co）、鎳（Ni）是同族元素，都是較活潑的金屬，它們的化合物在工業(yè)上有重要的應(yīng)用．
（1）草酸鈷（CoC₂O?）是一種難溶于水的淺粉紅色粉末，通常用硫酸鈷溶液和草酸銨溶液反應(yīng)制得，寫出該反應(yīng)的離子方程式：C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓
（2）現(xiàn)將含0.5mol FeCl₃的溶液和含0.5mol KSCN的溶液混合，混合后溶液體積為1L，已知溶液存在平衡：Fe³⁺+SCN^-?Fe（SCN）²⁺（忽略其它過程）．平衡濃度c[Fe（SCN）²⁺]與溫度T的關(guān)系如圖1所示：則該反應(yīng)△H＜ 0（填“＞”或“＜”），溫度為T₁時(shí)，反應(yīng)在5秒鐘時(shí)達(dá)到平衡，平衡時(shí)c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，求達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率
v（SCN^-）=0.09mol•L^-1•S^-1，該溫度下的Fe³⁺的平衡轉(zhuǎn)化率為90%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為180．

（3）已知某溶液中，Co²⁺、Ni²⁺的濃度分別為0.60mol/L和1.2mol/L，取一定量的該溶液，向其中滴加NaOH溶液，當(dāng)Co（OH）₂開始沉淀時(shí)，溶液中 $\frac{c（C{O}^{2+}）}{c（N{i}^{2+}）}$ 的值等于3.0．（取兩位有效數(shù)字）
（已知K_sp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，K_sp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15）
（4）工業(yè)上還可用通過電解濃NaOH溶液制備Na₂FeO₄，其工作原理如圖2所示，則陽極的電極反應(yīng)式為Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 （1）硫酸鈷溶液和草酸銨溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成難溶的草酸鈷，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（2）根據(jù)平衡移動原理可知，升高溫度平衡向吸熱的反應(yīng)方向移動，據(jù)此可判斷反應(yīng)的△H；根據(jù)
$v=\frac{△c}{t}$計(jì)算反應(yīng)速率，轉(zhuǎn)化率=$\frac{已轉(zhuǎn)化的量}{起始的量}$×100%，平衡常數(shù)等于生成物濃度的系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度的系數(shù)次冪之積，據(jù)此答題；
（3）Ksp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，Ksp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，對于同種類型的沉淀，Ksp越小，越難溶，則在滴加氫氧化鈉溶液的過程中，二價(jià)鎳離子先沉淀，Ni²⁺+2OH^-=Ni（OH）₂↓，當(dāng)Co²⁺開始沉淀時(shí)，溶液中存在兩個(gè)溶解平衡：Co（OH）₂?CO²⁺+2OH^-，Ni（OH）₂?Ni²⁺+2OH^-，根據(jù)Ksp[Co（OH）₂]計(jì)算出此時(shí)溶液中c（OH^-），則可計(jì)算出此時(shí)溶液中剩下的鎳離子濃度，最終得出溶液中$\frac{c（Co{\;}^{2+}）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$的值；
（4）依據(jù)圖陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-結(jié)合堿性環(huán)境來寫出電極方程式；

解答 解：（1）硫酸鈷溶液和草酸銨溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成難溶的草酸鈷，反應(yīng)的離子方程式為C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓，
故答案為：C₂O?^2-+Co²⁺=CoC₂O?↓；
（2）根據(jù)平衡移動原理可知，升高溫度平衡向吸熱的反應(yīng)方向移動，根據(jù)圖可知，升高溫度，c[Fe（SCN）²⁺]的值減小，所以△H＜0，反應(yīng)在5秒鐘時(shí)達(dá)到平衡，平衡時(shí)c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，則達(dá)到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率v（SCN^-）=v[Fe（SCN）²⁺]=$\frac{0.45}{5}$mol•L^-1•S^-1=0.09mol•L^-1•S^-1，參加反應(yīng)的Fe³⁺的物質(zhì)的量為0.45mol，所以Fe³⁺的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45}{0.5}$×100%=90%，平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為：c（Fe³⁺）=c（SCN^-）=0.05mol/L，c[Fe（SCN）²⁺]=0.45mol/L，所以平衡常數(shù)K=$\frac{0.45}{0.05×0.05}$=180，
故答案為：＜；0.09；90%；180；
（3）Ksp[Co（OH）₂]=6.0×10^-15，Ksp[Ni（OH）₂]=2.0×10^-15，對于同種類型的沉淀，Ksp越小，越難溶，則在滴加氫氧化鈉溶液的過程中，二價(jià)鎳離子先沉淀，Ni²⁺+2OH^-=Ni（OH）₂↓，
當(dāng)Co²⁺開始沉淀時(shí)，溶液中存在兩個(gè)溶解平衡：C_O（OH）₂?CO²⁺+2OH^-，Ni（OH）₂?Ni²⁺+2OH^-，
根據(jù)Ksp[Co（OH）₂]計(jì)算出此時(shí)溶液中c（OH^-），c（OH^-）=$\sqrt{\frac{K{\;}_{SP[Co}{\;}_{（OH）{\;}_{2}}]}{c（Co{\;}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{6.0×10{\;}^{-15}}{0.6}}$=10^-7mol/L，
則溶液中剩下的鎳離子濃度c（Ni²⁺）=$\frac{K{\;}_{SP}[Ni（OH）{\;}_{2}]}{c{\;}^{2}（OH{\;}^{-}）}$=$\frac{2.0×10{\;}^{-15}}{（10{\;}^{-7}）^{2}}$=0.2mol/L，溶液中$\frac{c（Co{\;}^{2+}）}{c（Ni{\;}^{2+}）}$=$\frac{0.6mol/L}{0.2mol/L}$=3.0，
故答案為：3.0；
（4）陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-，由于是堿性環(huán)境，故電極方程式為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了鐵及其化合物的知識，涉及反應(yīng)熱的判斷、轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計(jì)算、難溶電解質(zhì)的計(jì)算、電極反應(yīng)的書寫等，綜合性強(qiáng)，有一定難度，應(yīng)注意基礎(chǔ)知識的靈活運(yùn)用．