Question

19．鐵及其化合物在生活、生產中有廣泛應用．請回答下列問題：
（1）黃鐵礦（主要成分為FeS₂）是生產硫酸的冶煉鋼鐵的重要原料．高溫下可發(fā)生反應：其中一個反應為：3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄，該過程若有1.5mol FeS₂參加反應，則反應過程中轉移16 mol電子；
（2）氯化鋁溶液顯酸性，原因是Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺（用離子方程式稀釋）；
（3）人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產物中的尿素（CO（NH₂）₂；它易被氧化），原理如圖所示．
①電源的負極為B（填“A”或“B”）．
②陽極室中發(fā)生的反應依次為2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．
③電解結束后，陰極室溶液的pH與電解前相比將不變；若陰極共收集到氣體6.72L（標準狀況），則除去的尿素為3.6 g（忽略氣體的溶解）．
（4）為了減少CO對大氣的污染，某研究性學習小組擬研究利用CO和H₂O反應轉化為綠色能源H₂．已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•moL^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•moL^-1
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•moL^-1
寫出CO和H₂O（g）作用生成CO₂和H₂的熱化學方程式：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

Answer 1

分析 （1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，只有O元素的化合價降低，利用化合價計算轉移電子；
（2）AlCl₃為強酸弱堿鹽，鋁離子水解導致溶液呈酸性；
（3）①電解池的陰極連接電源的負極，根據電解產物判斷；
②陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③根據電極方程式計算，有關反應有為陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑），陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（4）利用蓋斯定律，根據已知熱化學方程式乘以合適的系數進行相應加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數進行相應的加減．

解答 解：（1）3FeS₂+8O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$6SO₂+Fe₃O₄中，有1.5mol FeS₂參加反應，4mol氧氣參加反應，只有O元素的化合價降低，則轉移電子為4mol×2×[0-（-2）]=16mol，
故答案為：16；
（2）AlCl₃為強酸弱堿鹽，鋁離子水解導致溶液呈酸性，水解方程式為Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；故答案為：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺；
（3）①根據電解池中陰離子在陽極放電和陽離子在陰極放電的規(guī)律及本題圖中的電極產物H₂和Cl₂，可以判斷出A為電源的正極，B為電源的負極，故答案為：B；
②陽極首先發(fā)生氧化反應生成氯氣，氯氣和尿素反應生成氮氣、二氧化碳和氯化氫，陽極室中發(fā)生的反應依次為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑、CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
③陰極反應為：6H₂O+6e^-=6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-=3H₂↑）陽極反應為：6Cl^--6e^-=3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl．根據上述反應式可以看出在陰、陽極上產生的OH^-、H⁺的數目相等，陽極室中反應產生的H⁺通過質子交換膜進入陰極室與OH^-恰好反應生成水，所以陰極室中電解前后溶液的pH不變；由上述反應式可以看出，轉移6mole^-時，陰極產生3molH₂，陽極產生1molN₂和1molCO₂，故電解收集到的6.72 L氣體中，V（N₂）=V（CO₂）=$\frac{6.72}{5}$L=1.344L，
即n（N₂）=n（CO₂）=0.06 mol，根據方程式CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知生成0.06mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物質的量也為0.06 mol，其質量為：m[CO（NH₂）₂]=0.06mol×60 g•mol^-1=3.6 g，
故答案為：不變；3.6；
（4）已知：①2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6KJ•moL^-1
根據蓋斯定律，①-②得2CO（g）+2H₂O（g）=2H₂（g）+2CO₂（g）△H=-566kJ•moL^-1-（-483.6KJ•moL^-1）=-82.4KJ•moL^-1．
即CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g）△H=-41.2KJ•moL^-1．

點評 本題考查了蓋斯定律及其電解原理知識，包括電極產物的判斷、電解原理及其應用等，解答電解原理試題時，首先要注意陽極材料，若陽極材料為除Au、Pt之外的金屬，則陽極金屬先失去電子，若陽極材料為惰性電極，則考慮陰離子的放電順序，熟記陰陽離子的放電順序是解題的關鍵．