Question

17．Na、Fe、Cu、Al是常見的金屬元素，請按要求回答下列問題：
（1）一定條件下，2.3g的Na與O₂完全反應生成3.6g產(chǎn)物時失去的電子數(shù)為0.1N_A．
（2）向氯化銅溶液中加入一定量的鐵粉和鋁粉混合物，充分反應后，下列情況可能出現(xiàn)的是ab（填字母）．
a．溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
b．溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe
c．溶液中有Fe³⁺、Al³⁺，不溶物為Cu
d．溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al
（3）將一定質(zhì)量的鐵、鋁、銅合金，加入1L一定物質(zhì)的量濃度的硝酸中，合金完全溶解，測得溶液中（忽略溶液體積的變化）c（H⁺）=0.5mol•L^-1，c（Cu²⁺）=0.3mol•L^-1，c（Al³⁺）=0.2mol•L^-1，c（NO${\;}_{3}^{-}$）=2mol•L^-1，則混合物中鐵的質(zhì)量最少為5.6g．
（4）鐵的某種氧化物的化學式表示為Fe_xO（x＜1），已知鐵元素在該氧化物中的質(zhì)量分數(shù)為75%，則x=0.86（精確至0.01）．
（5）Na-Al/FeS是一種可充電電池，電池中用含Na⁺導電固體作為電解質(zhì)，在工作過程中Na⁺的物質(zhì)的量保持不變．
①若該正極的電極反應式表示為2Na⁺+FeS+2e^-═Na₂S+Fe，則電池的負極反應式可表示為2Na-2e^-=2Na⁺；充電時，陽極發(fā)生反應的物質(zhì)是Na₂S、Fe．
②用該電池作電源，組成如圖所示裝置，若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加1.08g，則該電源電極X名稱為負極．圖中裝置A、B的pH變化為A增大、B不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）求出鈉的物質(zhì)的量，然后根據(jù)鈉元素的化合價變化來分析；
（2）鋁和鐵都能把位于其后的金屬從其鹽溶液中置換出來，但鋁的活潑性強于鐵，鋁先與鹽溶液反應，然后鐵與與鹽溶液反應；
（3）根據(jù)溶液中含有硝酸，所以鐵元素以Fe³⁺的形式存在，根據(jù)電荷守恒c（H⁺）+2c（Cu²⁺）+3c（Al³⁺）+3c（Fe³⁺）=c（NO₃^-），據(jù)此計算c（Fe³⁺），進而計算n（Fe³⁺），再根據(jù)Fe元素守恒計算原混合物中Fe的質(zhì)量；
（4）計算氧元素質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)化學式中元素質(zhì)量之比列方程計算；
（5）①Na和Al都屬于金屬，合金中Na較Al活潑，根據(jù)正極反應式知，原電池的電極材料Na-Al/FeS，判斷出負極材料為Na，失去電子，化合價升高；又知該電池中正極的電極反應式為：2Na⁺+FeS+2e^-=Na₂S+Fe，所以電池總反應為：2Na+FeS=Na₂S+Fe，充電時為電解池原理，陽極發(fā)生氧化反應，失去電子，化合價升高；
②若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加1.08g，說明Cu為陰極，則X為負極，Y為正極，結合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）2.3g鈉的物質(zhì)的量為0.1mol，而鈉無論反應后產(chǎn)物是什么，鈉元素反應后一定變?yōu)?1價，故0.1mol鈉失去0.1mol電子，則失去的電子數(shù)為0.1N_A；
故答案為：0.1N_A；
（2）a．鋁粉、鐵粉都全部與溶液反應，且溶液過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；
b．鋁粉部分與溶液反應、鐵粉與溶液未反應，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；
c．鋁粉氯化銅溶液反應生成氯化亞鐵和銅，不可能生成Fe³⁺，故c錯誤；
d．鋁先與氯化銅溶液反應，然后鐵與氯化銅溶液反應，只要鋁剩余，鐵與氯化銅溶液就不反應，溶液中就不可能含有Fe²⁺，故d錯誤；
故選：ab；
（3）溶液中含有硝酸，所以鐵元素以Fe³⁺的形式存在，溶液中的電荷守恒：c（H⁺）+2c（Cu²⁺）+3c（Al³⁺）+3c（Fe³⁺）=c（NO₃^-），即 0.5mol/L+0.3mol/L×2+0.2mol/L×3+3c（Fe³⁺）=2mol/L，解得：c（Fe³⁺）=0.1mol/L，n（Fe³⁺）=0.1mol/L×1L=0.1mol，故m（Fe）=0.1mol×56g/mol=5.6克，
故答案為：5.6g；
（4）鐵的某種氧化物的化學式表示為Fe_x0（x＜1），鐵元素在該氧化物中的質(zhì)量分數(shù)為75%，則氧元素質(zhì)量分數(shù)為25%，故56x：16=75%：25%，解得x=0.86，
故答案為：0.86；
（5）①Na性質(zhì)活潑，易失去電子而被氧化，應為原電池的負極，電極方程式為2Na-2e^-=2Na⁺，充電時，陽極發(fā)生氧化反應，電極方程式為Na₂S+Fe-2e^-=2Na⁺+FeS，則陽極發(fā)生反應的物質(zhì)是Na₂S、Fe，
故答案為：2Na-2e^-=2Na⁺；Na₂S、Fe；
②若通電5min時，銅電極質(zhì)量增加1.08g，說明Cu為陰極，則X為負極，Y為正極，A為電解KCl溶液，電解方程式為2KCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2KOH+H₂↑+Cl₂↑，溶液pH增大，C中陽極上Ag失電子、陰極上銀離子得電子，則溶液中氫離子或氫氧根離子濃度不變，溶液的pH不變，
故答案為：負極；增大；不變．

點評 本題考查的知識點較多，涉及元素化合物性質(zhì)、混合物計算、原電池和電解原理等知識點，側重于學生的分析能力的考查，題目難度中等．注意溶液中的電荷守恒的應用．