Question

13．水是重要的自然资源，与人类的发展密切相关．

（1）25℃时，水能按下列方式电离：
H₂O+H₂O?H₃O⁺+OH^-  K₁=1.0×10^-14
OH^-+H₂O?H₃O⁺+O^2-  K₂=1.0×10^-36
水中c（O^2-）=1.0×10^-36mol•L^-1（填数值）．
（2）水广泛应用于化学反应．将干燥的碘粉与铝粉混合未见反应，滴加一滴水后升起紫色的碘蒸气，最后得到白色固体．有关该实验的解释合理的是CD．
A．加水使碘和铝粉形成溶液            B．水作氧化剂
C．碘粉与铝粉反应是放热反应          D．水作催化剂
（3）铁酸铜（CuFe₂O₄）是很有前景的热化学循环分解水制氢的材料．
ⅰ．某课外小组制备铁酸铜（CuFe₂O₄）的流程如下：

搅拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物质的量浓度分别为2.6mol•L^-1、1.3mol•L^-1．
①搅拌Ⅰ所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe³⁺和Fe（OH）₃（填化学式）．
②搅拌Ⅱ要跟踪操作过程的pH变化．在滴加KOH溶液至pH=4的过程中（假设溶液体积不变），小组同学绘制溶液中c（Fe³⁺）、c（Cu²⁺）随pH变化的曲线如图，其中正确的是B（用“A”、“B”填空）．
（已知：K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39、K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20）

③操作Ⅲ为洗涤、干燥．
ⅱ．在热化学循环分解水制氢的过程中，铁酸铜（CuFe₂O₄）先要煅烧成氧缺位体（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氢越容易．
④氧缺位体与水反应制氢的化学方程式为CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
⑤课外小组将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则氧缺位值（a）=0.51．

Answer 1

分析 （1）纯水中c（H₃O⁺）=c（OH^-），K₂=$\frac{c（{H}_{3}{O}^{+}）．c（{O}^{2-}）}{c（O{H}^{-}）}$，则c（O^2-）=$\frac{{K}_{2}．c（O{H}^{-}）}{c（{H}_{3}{O}^{+}）}$=K₂；
（2）催化剂在反应前后催化剂的质量、化学性质均不变，碘受热易升华；
（3）带结晶水的硝酸铁、硝酸铜溶于水，然后向溶液中加入KOH并调节溶液的pH=4，生成Fe（OH）₃、Cu（OH）₂沉淀，过滤将沉淀洗涤、干燥然后煅烧得到CuFe₂O₄；
①硝酸铁在水溶液中发生微弱水解生成氢氧化铁；
②依据溶度积常数计算氢氧化铁、氢氧化铜沉淀完全的溶液pH；
③流程中是过滤得到的滤渣经过洗涤干燥进行灼烧；
④氧缺位体与水反应生成氢和铁酸铜（CuFe₂O₄），依据原子守恒书写配平；
⑤将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，CuFe₂O_4-a的质量为CuFe₂O₄的96.6%，据此列式计算．

解答 解：（1）水中c（H₃O⁺）=c（OH^-），K₂=$\frac{c（{H}_{3}{O}^{+}）．c（{O}^{2-}）}{c（O{H}^{-}）}$，c（O^2-）=$\frac{{K}_{2}．c（O{H}^{-}）}{c（{H}_{3}{O}^{+}）}$=K₂=1.0×10^-36mol•L^-1，故答案为：1.0×10^-36；
（2）少量铝粉和碘反应后生成物只有碘化铝，说明水没有参加反应，但是没有加入水之前，铝粉和碘没有什么变化，加入水之后，反应放出的热量使碘升华成紫色碘蒸气，碘受热易升华，说明反应是放热反应，反应后生成物只有碘化铝白色固体，说明水改变了该反应的速率，则水是一种催化剂；
故选C、D；
（3）①搅拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂，铁离子水解生成氢氧化铁，所以铁元素的存在形式为Fe³⁺和Fe（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃；
②搅拌Ⅰ所得溶液中Fe（NO₃）₃、Cu（NO₃）₂的物质的量浓度分别为2.6mol•L^-1、1.3mol•L^-1，沉淀完全的离子浓度小于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，图象中铁离子沉淀完全的pH错误；
K_sp[Cu（OH）₂]=2.2×10^-20，溶液中氢氧根离子浓度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，溶液的pH≈6.7，图象B符合，
故答案为：B；
③流程中是过滤得到的滤渣经过洗涤干燥进行灼烧，操作Ⅲ为洗涤、干燥，
故答案为：洗涤；干燥；
④氧缺位体与水反应制氢的化学方程式为CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑，
故答案为：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
⑤将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，CuFe₂O_4-a的质量为CuFe₂O₄的96.6%，则$\frac{M（CuF{e}_{2}{O}_{4-a}）}{M（CuF{e}_{2}{O}_{4}）}$×100%=96.6%，
解得：a=0.51，
故答案为：0.51．

点评 本题考查较为综合，涉及物质分离提纯的方法分析、溶度积常数的计算分析判断、弱电解质电离分析应用，题目难度中等，注意反应过程中原子守恒的理解应用，掌握基础是关键，试题培养了学生的分析、理解能力及灵活应用能力．