Question

2．目前市場上堿錳電池不能滿足需大電流大容量用電的數(shù)碼相機、攝影機等電子產(chǎn)品的需要，鋰離子電池因成本在此方面不具很強的競爭力．而高鐵電池能量密度大、體積小、重量輕、壽命長、無污染．功率是民用電池的10～15倍，放電電流是普通電池的3～10倍，性價比極高．已知，以 Zn和K₂FeO₄為電極材料制作的高鐵電池放電時，電池內(nèi)發(fā)生的總反應為：□Zn+□K₂FeO₄=□ZnO+□Fe₂O₃+□K₂ZnO₂
（1）配平上面的化學方程式3Zn+2K₂FeO₄=ZnO+Fe₂O₃+2K₂ZnO₂．
（2）該電池的負極電極反應式為3Zn-6e^-+10OH^-=ZnO+2ZnO₂^2-+5H₂O．放電時負極附近溶液的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，化合價可以升高，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，若將該反應設計為原電池，則此電池的負極反應方程式為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，若此時溶液密度為1.25g/mL，體積仍為1L，則此時溶液中Cu元素的質(zhì)量分數(shù)約為1.71%．（精確到0.01）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化還原反應得失電子數(shù)目相等，可判斷出Zn和K₂FeO₄的化學計量數(shù)分別為3和2，再根據(jù)原子守恒配平方程式；
（2）Zn為電池負極材料，失電子發(fā)生氧化反應生成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，元素化合價可以升高就能表現(xiàn)還原性；
（4）負極發(fā)生氧化反應，F(xiàn)e（OH）₃中+3價Fe被氧化為FeO₄^2-，根據(jù)電荷守恒配平電極反應式；
（5）-2價O被氧化為O₂，+6價Fe元素被還原為Fe³⁺，根據(jù)氧化還原反應配平離子方程式；Cu加入反應后的溶液發(fā)生反應，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，假設n（Cu²⁺）=x mol，則反應了的n（Fe³⁺）=2x mol，根據(jù)題意列式解x，最后計算質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）Zn從0價到+2價升高2價，F(xiàn)e從+6價到+3價下降了3價，可判斷出Zn和K₂FeO₄的化學計量數(shù)分別為3和2，同時根據(jù)K和Fe原子個數(shù)守恒得出產(chǎn)物Fe₂O₃和K₂ZnO₂的化學計量數(shù)分別為1和2，則ZnO的計量數(shù)為2，故答案為：3Zn+2K₂FeO₄=ZnO+Fe₂O₃+2K₂ZnO₂；
（2）Zn為電池負極材料，電極反應式為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O化合價可以升高，能表現(xiàn)還原性，
故答案為：60；有；K₂FeO₄中O元素為-2價，化合價可以升高，表現(xiàn)還原性；
（4）負極發(fā)生氧化反應，F(xiàn)e（OH）₃中+3價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守恒配平得到負極反應式：5OH^-+Fe（OH）₃-3e^-=FeO₄^2-+4H₂O，故答案為：5OH^-+Fe（OH）₃-3e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（5）-2價O被氧化為O₂，+6價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加入反應后的溶液發(fā)生反應，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，假設n（Cu²⁺）=x mol，則反應了的n（Fe³⁺）=2x mol，根據(jù)題意列等式得：1-2x=x，則x=1/3mol，故反應后溶液中Cu元素的質(zhì)量分數(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%．

點評 本題考查氧化還原反應，原電池的工作原理的應用，電極反應，電極產(chǎn)物的判斷等，混合物質(zhì)量分數(shù)計算，難度中等，要求學生要有扎實的基礎知識和靈活運用知識解決問題的能力，注意基礎知識的全面掌握．