Question

Ⅰ、鋁、鐵、碳元素的單質和化合物應用廣泛，三種元素的單質及化合物均可以實現下列轉化：

在上述每次轉化時甲、乙、丙、丁四種物質中只有一種是單質，且四種物質中均含有組成該單質的元素，請回答：
（1）若丙是地殼中含量最多的金屬元素的單質，丁易溶于水，溶液顯堿性，則丙到丁的離子方程式是

 

．
（2）若乙是一種常見的溫室氣體，相同條件下，丙和丁的溶液都顯堿性，且丙的溶液的堿性強于丁的溶液的堿性，乙到丙的離子方程式是

 

．
（3）若乙是有磁性的黑色晶體，在乙中加入稀硝酸后可得到丙，同時得到一種無色氣體，該氣體遇空氣呈紅棕色，該反應的化學方程式是

 

．
Ⅱ、（4）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應為：2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂該電池正極發(fā)生的反應的電極反應式為

 

．
用上述堿性鋅電池和惰性電極電解1000mL1mol/L的AgNO₃溶液，電解池的總反應方程式為

 

，當電池消耗0.05molZn時，被電解溶液的pH為

 

（溶液體積變化忽略不計）；
（5）稱取金屬鈉、鋁、鐵各m g，在室溫下分別與V L 4mol?L^-1的鹽酸充分反應，試判斷在下列兩種情況下，V值的取值范圍（用含m的表達式表示）：
①鋁與鹽酸反應放出的氫氣最多：

 

：
②鈉與鹽酸反應放出的氫氣最多：

 

．

Answer 1

考點：常見化學電源的種類及其工作原理,化學方程式的有關計算,常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用

專題：電化學專題,元素及其化合物

分析：Ⅰ、（1）若丙是地殼中含量最多的金屬元素的單質，判斷丙為Al，丁易溶于水，溶液顯堿性，判斷為鋁和堿反應生成的偏鋁酸鈉溶液；
（2）若乙是一種常見的溫室氣體，判斷為CO₂，相同條件下，丙和丁的溶液都顯堿性，且丙的溶液的堿性強于丁的溶液的堿性，推斷為丙為Na₂CO₃，丁為NaHCO₃；
（3）若乙是有磁性的黑色晶體，判斷為Fe₃O₄，乙中加入稀硝酸后可得到丙為硝酸鐵，同時得到一種無色氣體，該氣體遇空氣呈紅棕色，說明為NO₂；
Ⅱ、（3）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應為：2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂該電池正極發(fā)生的反應的電極反應式依據高鐵酸鉀得到電子發(fā)生還原反應生成三氧化二鐵寫出，電荷守恒依據氫氧根離子配平；用上述堿性鋅電池和惰性電極電解1000mL1mol/L的AgNO₃溶液，反應生成氧氣和銀，硝酸；依據電極反應中電子守恒計算溶液中氫離子濃度得到溶液PH；
（4）鈉、鎂、鋁與鹽酸反應額定量關系，結合極值分析判斷生成氫氣的量的多少，確定鹽酸溶液的體積取值．

解答： 解：Ⅰ、（1）若丙是地殼中含量最多的金屬元素的單質，判斷丙為Al，丁易溶于水，溶液顯堿性，判斷為鋁和堿反應生成的偏鋁酸鈉溶液，則甲為Al（OH）₃，乙為Al₂O₃；丙和丁反應的離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）若乙是一種常見的溫室氣體，判斷為CO₂，相同條件下，丙和丁的溶液都顯堿性，且丙的溶液的堿性強于丁的溶液的堿性，推斷為丙為Na₂CO₃，丁為NaHCO₃，乙到丙的離子方程式是二氧化碳和氫氧化鈉反應，離子反應為：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
故答案為：CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O；
（3）若乙是有磁性的黑色晶體，判斷為Fe₃O₄，在乙中加入稀硝酸后，硝酸氧化亞鐵離子為鐵離子，可得到丙硝酸鐵，同時得到一種無色氣體NO，該氣體遇空氣呈紅棕色NO₂，該反應的化學方程式是：3Fe₃O₄+28HNO₃（�。�=9Fe（NO₃）₃+NO↑+14H₂O，
故答案為：3Fe₃O₄+28HNO₃（�。�=9Fe（NO₃）₃+NO↑+14H₂O；
Ⅱ、（3）在堿性鋅電池中，用高鐵酸鉀作為正極材料，電池反應為：2K₂FeO₄+3Zn=Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂該電池正極發(fā)生的反應的電極反應式依據高鐵酸鉀得到電子發(fā)生還原反應生成三氧化二鐵寫出，電荷守恒依據氫氧根離子配平得到正極電極反應為：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-；用上述堿性鋅電池和惰性電極電解1000mL1mol/L的AgNO₃溶液，電解池的總反應方程式為：4AgNO₃+2H₂O

通電  .

4Ag+O₂↑+4HNO₃，當電池消耗0.05molZn時電子轉移為0.1mol，則依據化學方程式計算，轉移4mol電子生成4mol氫離子，所以轉移0.1mol電子生成氫離子物質的量為0.1mol，氫離子濃度為0.1mol/L，溶液pH=1，
故答案為：2FeO₄^2-+6e^-+5H₂O=Fe₂O₃+10OH^-；4AgNO₃+2H₂O

通電  .

4Ag+O₂↑+4HNO₃；1；
（5）稱取金屬鈉、鋁、鐵各m g，在室溫下分別與V L 4mol?L^-1的鹽酸充分反應，試判斷在下列兩種情況下，V值的取值范圍依據金屬與鹽酸反應的定量關系分析判斷，假設金屬全部反應時的定量關系為；
2Na～2HCl～H₂

m

23

  

m

23

  

m

46

Fe～2HCl～H₂

m

56

  

m

28

   

m

56

 
2Al～6HCl～3H₂

m

27

   

m

9

   

m

18

依據定量分析可知，
①鋁與鹽酸反應放出的氫氣最多時，鹽酸對鈉過量，相對于鋁恰好反應或不足，消耗的鹽酸滿足4V＞

m

23

，V＞

m

92

，故答案為：V＞

m

92

；
②鈉與鹽酸反應放出的氫氣最多時，金屬對鹽酸都過量，依據鈉計算需要的鹽酸體積，4V＜

m

23

，V＜

m

92

，故答案為：0＜V＜

m

92

．

點評：本題考查了物質性質的推斷分析，化學方程式，離子方程式書寫，原電池原理和電解池原理的分析應用，金屬和酸反應的定量關系分析是解題關鍵，題目難度中等．