Question

2．目前市場(chǎng)上堿錳電池不能滿足需大電流大容量用電的數(shù)碼相機(jī)、攝影機(jī)等電子產(chǎn)品的需要，鋰離子電池因成本在此方面不具很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力．而高鐵電池能量密度大、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染．功率是民用電池的10～15倍，放電電流是普通電池的3～10倍，性價(jià)比極高．已知，以 Zn和K₂FeO₄為電極材料制作的高鐵電池放電時(shí)，電池內(nèi)發(fā)生的總反應(yīng)為：□Zn+□K₂FeO₄=□ZnO+□Fe₂O₃+□K₂ZnO₂
（1）配平上面的化學(xué)方程式3Zn+2K₂FeO₄=ZnO+Fe₂O₃+2K₂ZnO₂．
（2）該電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為3Zn-6e^-+10OH^-=ZnO+2ZnO₂^2-+5H₂O．放電時(shí)負(fù)極附近溶液的pH變化是減小（填“增大”、“減小”、“不變”）．
（3）已知鐵是26號(hào)元素，則1mol FeO₄^2-中含有電子的物質(zhì)的量為60mol，Na₂FeO₄是否具有還原性有，原因是K₂FeO₄中O元素為-2價(jià)，化合價(jià)可以升高，表現(xiàn)還原性．
（4）制備高鐵酸鉀可以將Fe（OH）₃在堿性條件下與KClO溶液反應(yīng)，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，則此電池的負(fù)極反應(yīng)方程式為5OH^-+Fe（OH）₃-3e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（5）向1L 1mol/L的K₂FeO₄中加入足量稀H₂SO₄酸化，可以產(chǎn)生O₂和Fe³⁺，該反應(yīng)的離子方程式為4FeO₄^2-+20H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O．向酸化后溶液中加入一定量的金屬銅，使Fe³⁺和Cu²⁺濃度相等，若此時(shí)溶液密度為1.25g/mL，體積仍為1L，則此時(shí)溶液中Cu元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1.71%．（精確到0.01）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子數(shù)目相等，可判斷出Zn和K₂FeO₄的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別為3和2，再根據(jù)原子守恒配平方程式；
（2）Zn為電池負(fù)極材料，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成ZnO和ZnO₂^-，用OH^-濃度的變化分析電極附近溶液pH；
（3）1mol FeO₄^2-中含有e^-數(shù)等于26+8×4+2=60mol，元素化合價(jià)可以升高就能表現(xiàn)還原性；
（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e（OH）₃中+3價(jià)Fe被氧化為FeO₄^2-，根據(jù)電荷守恒配平電極反應(yīng)式；
（5）-2價(jià)O被氧化為O₂，+6價(jià)Fe元素被還原為Fe³⁺，根據(jù)氧化還原反應(yīng)配平離子方程式；Cu加入反應(yīng)后的溶液發(fā)生反應(yīng)，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，假設(shè)n（Cu²⁺）=x mol，則反應(yīng)了的n（Fe³⁺）=2x mol，根據(jù)題意列式解x，最后計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）Zn從0價(jià)到+2價(jià)升高2價(jià)，F(xiàn)e從+6價(jià)到+3價(jià)下降了3價(jià)，可判斷出Zn和K₂FeO₄的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別為3和2，同時(shí)根據(jù)K和Fe原子個(gè)數(shù)守恒得出產(chǎn)物Fe₂O₃和K₂ZnO₂的化學(xué)計(jì)量數(shù)分別為1和2，則ZnO的計(jì)量數(shù)為2，故答案為：3Zn+2K₂FeO₄=ZnO+Fe₂O₃+2K₂ZnO₂；
（2）Zn為電池負(fù)極材料，電極反應(yīng)式為3Zn-6e^-+10 OH^-=ZnO+2ZnO₂^2-+5H₂O，消耗了溶液中OH^-，氫氧根濃度減小，所以該電極附近溶液pH將減小，
故答案：3Zn-6e^-+10OH^-=ZnO+2ZnO₂^2-+5H₂O； 減小；
（3）1mol FeO₄^2-中含有e^-數(shù)等于26+8×4+2=60mol，Na₂FeO₄中-2價(jià)O化合價(jià)可以升高，能表現(xiàn)還原性，
故答案為：60；有；K₂FeO₄中O元素為-2價(jià)，化合價(jià)可以升高，表現(xiàn)還原性；
（4）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，F(xiàn)e（OH）₃中+3價(jià)Fe被氧化為FeO₄^2-，堿性環(huán)境用OH^-保證電荷守恒，用水保證H和O守恒配平得到負(fù)極反應(yīng)式：5OH^-+Fe（OH）₃-3e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：5OH^-+Fe（OH）₃-3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（5）-2價(jià)O被氧化為O₂，+6價(jià)Fe元素被還原為Fe³⁺，用H⁺保證電荷守恒，用H₂O保證H和O守恒，則離子方程式為：4FeO₄^2-+20H⁺=4Fe³⁺+3O₂↑+10H₂O，
Cu加入反應(yīng)后的溶液發(fā)生反應(yīng)，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，假設(shè)n（Cu²⁺）=x mol，則反應(yīng)了的n（Fe³⁺）=2x mol，根據(jù)題意列等式得：1-2x=x，則x=1/3mol，故反應(yīng)后溶液中Cu元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω=$\frac{m（Cu）}{m（溶液）}$×100%=$\frac{64g/mol×\frac{1}{3}mol}{1.25g/mL×1000mL}$=1.71%，故答案為：1.71%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氧化還原反應(yīng)，原電池的工作原理的應(yīng)用，電極反應(yīng)，電極產(chǎn)物的判斷等，混合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，注意基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．