Question

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完全與O₂反應生成3.6g產物時失去的電子數為______。

(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，下列情況可能出現的是______ (填編號）。

a.溶液中有Cu^2＋、Fe^2＋、Al^3＋，不溶物為Cu     b.溶液中有Fe^2＋、Al^3＋，不溶物為Cu、Fe

c.溶液中有Fe^3＋、Al^3＋，不溶物為Cu            d.溶液中有Fe²⁺，不溶物為Cu、Al

(3)將一定質量的鐵、鋁、銅合金，加入lL一定物質的量濃度的硝酸中，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、c(Cu²⁺)＝0.3mol/L、c(Al³⁺)＝0.2mol/L、c(NO₃^－)＝2mol/L，則混合物中鐵的質量為______。

(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量分數為75%，則x＝______ (精確至0.01)。

(5)Na-AI/FeS是一種可充電電池，電池中用含Na⁺導電固體作為電解質，在工作過程中Na⁺的物質的量保持不變。

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_____；充電時，陽極發生反應的物質是______。

②用該電池作電源，組成如圖所示裝置，若通電5min時，銅電極質量增加1.08 g,則該電源電極X名稱為______。圖中裝置A、C的pH變化為：A ______、C ______ (填“增大” “減小”或“不變”）。

 

Answer 1

【答案】

（14分）（1） 6.02×10²² 或 0.1N_A（1分）（2） a   b（1分）（3）5.6g（2分）

（4） 0.86 （2分） （5）①2 Na－2e^－＝2Na ⁺ （1分）  Na ₂S、Fe（1分）

②負極（2分）   增大（2分）    不變（2分）

【解析】

試題分析：（1）鈉在反應中只能失去1個電子，所以2.3g的Na完全與O₂反應生成3.6g產物時失去的電子的物質的量是2.3g÷23g/mol＝0.1mol，電子個數是6.02×10²² 或 0.1N_A。

（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，鋁先與氯化銅溶液反應。a．鋁粉、鐵粉如果都全部與氯化銅溶液反應，且氯化銅過量，溶液中有Cu²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu，故a正確；b．鋁粉全部與氯化銅溶液反應、鐵粉部分與氯化銅溶液未反應，溶液中有Fe²⁺、Al³⁺，不溶物為Cu、Fe，故b正確；c．鐵粉與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，答案選ab。

（3）溶液中含有硝酸，所以鐵以Fe³⁺的形式存在。根據電荷守恒可知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。根據鐵原子守恒可知，鐵的物質的量等于鐵離子的物質的量，即等于0.1mol/L×1L＝0.1mol，質量為0.1mol×56g/mol＝5.6克。

（4）鐵元素在該氧化物中的質量分數為75%，則＝0.75，解得x＝0.86。

（5）①原電池中負極失去電子，發生氧化反應。Na和Al都屬于金屬，但Na較Al活潑，所以根據正極反應式和原電池的電極材料Na－Al/FeS可知負極材料為Na，電極發生反應為2Na-2e^-＝2Na⁺；又知該電池中正極的電極反應式為2Na^＋＋FeS＋2e^－＝Na₂S＋Fe，所以電池反應為：2Na+FeS＝Na₂S+Fe。充電時為電解池原理，相當于原電池的逆反應，因此陽極電極反應式為Na₂S＋Fe－2e^－＝2Na^＋＋FeS，所以充電時，陽極發生反應的物質是Na ₂S和Fe。

②通電5min時，銅電極質量增加1.08 g,這說明銅電極是陰極，與電源的負極相連，即X是電源的負極，Y是正極。A是惰性電極電解氯化鉀溶液，生成物是氯氣、氫氣和氫氧化鉀，溶液pH增大。C相當于是在銅上鍍銀，屬于待鍍，因此溶液的pH不變。

考點：考查氧化還原反應的有關判斷、計算；鐵氧化物化學式的計算；電化學原理的有關應用和計算等