Question

8．I．水是重要的自然資源，與人類的發(fā)展密切相關(guān)．鐵酸銅（CuFe₂O₄）是很有前景的熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的材料
i．某課外小組制備鐵酸銅（CuFe₂O₄）的流程如圖：

攪拌I所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物質(zhì)的量濃度分別為2.6mol•L^-l、1.3mol•L^-1．
（1）攪拌I所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe³⁺和Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
（2）攪拌II要跟蹤操作過程的pH變化．在滴加KOH溶液至pH=4的過程中（假設(shè)溶液體積不變），小組同學(xué)繪制了溶液中c（Fe³⁺）、c（Cu²⁺）隨pH變化的曲線（如圖），其中正確的是B（用“A”“B”填空）．已知：K_sp[Fe（OH）₃]=2.6x10^-39、K_sp[Cu（OH）₂]=2.2x10^-20．

（3）操作III為洗滌、干燥．
ii．在熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的過程中，鐵酸銅（CuFe₂O₄）先要煅燒成氧缺位體（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氫越容易．
（4）氧缺位體與水反應(yīng)制氫的化學(xué)方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
（5）課外小組將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質(zhì)量為原質(zhì)量的96.6%，則氧缺位值（a）=0.51．

Answer 1

分析 帶結(jié)晶水的硝酸鐵、硝酸銅溶于水，然后向溶液中加入KOH并調(diào)節(jié)溶液的pH=4，生成Fe（OH）₃、Cu（OH）₂沉淀，過濾將沉淀洗滌、干燥然后煅燒得到CuFe₂O₄，
（1）硝酸鐵在水溶液中發(fā)生微弱水解生成氫氧化鐵；
（2）依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算氫氧化鐵、氫氧化銅沉淀完全的溶液PH分析判斷；
（3）流程中是過濾得到的濾渣經(jīng)過洗滌干燥進(jìn)行灼燒；
（4）氧缺位體與水反應(yīng)生成氫和鐵酸銅（CuFe₂O₄），依據(jù)原子守恒書寫配平；
（5）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質(zhì)量為原質(zhì)量的96.6%，CuFe₂O_4-a的質(zhì)量為CuFe₂O₄的96.6%，據(jù)此列式計(jì)算；

解答 解：（1））攪拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，鐵離子水解生成氫氧化鐵，所以鐵元素的存在形式為Fe³⁺和Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
（2）攪拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物質(zhì)的量濃度分別為2.6mol•L^-1、1.3mol•L^-1．沉淀完全的離子濃度小于10^-5mol/L
已知：K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39，c（OH^-）=$\root{3}{\frac{2.6×1{0}^{-39}}{1{0}^{-5}}}$=6.4×10^-12mol/L，c（H⁺）=1.6×10^-3mol/L，PH=3-lg1.6≈2.8，圖象中鐵離子沉淀完全的PH錯誤，K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=$\sqrt{\frac{2.2×1{0}^{-20}}{1{0}^{-5}}}$=4.7×10^-8mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{4.7×1{0}^{-8}}$=2.1×10^-7mol/L，PH≈6.7，圖象B符合，
故答案為：B；
（3）流程中是過濾得到的濾渣經(jīng)過洗滌干燥進(jìn)行灼燒，操作Ⅲ為洗滌、干燥，
故答案為：洗滌、干燥；
（4）氧缺位體與水反應(yīng)制氫的化學(xué)方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
故答案為：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
（5）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質(zhì)量為原質(zhì)量的96.6%，CuFe₂O_4-a的質(zhì)量為CuFe₂O₄的96.6%，$\frac{CuF{e}_{2}{O}_{4-a}}{CuF{e}_{2}{O}_{4}}$×100%=96.6%
a=0.51，
故答案為：0.51．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法分析，溶度積常數(shù)的計(jì)算分析判斷，弱電解質(zhì)電離分析應(yīng)用，注意反應(yīng)過程中原子守恒的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．