Question

4．铁、铝、铜及其化合物在生产、生活中有广泛的用途，试回答下列问题：
（1）制造电路板的工艺中，FeCl₃溶液可以蚀刻铜箔，请写出该反应的离子方程式2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）已知铜与稀硫酸不反应，但将铜片在稀硫酸中长时间加热时溶液会呈蓝色，请用化学方程式表示原因2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O．
（3）氯化铝广泛用于有机合成和石油工业的催化剂．将铝土矿粉（主要成分为Al₂O₃）与焦炭混合后加热并通入氯气，可得到氯化铝，同时生成CO，写出该反应的化学方程式Al₂O₃+3Cl₂+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO．
（4）已知Cu₂S可以和硝酸反应，请配平下列化学反应方程式：
□Cu₂S+□HNO₃  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$□CuSO₄+□Cu（NO₃）₂+□NO↑+□H₂O
（5）某校兴趣小组欲测定一种铁铝硅合金（Fe_xAl_ySi_z）粉末的组成，提出如下方案：准确称取1.46g该合金粉末，加入过量盐酸溶液充分反应后过滤，测定剩余固体质量0.07g．向滤液中滴加足量浓NaOH溶液，充分搅拌、过滤、洗涤得固体．再将所得固体充分加热、灼烧得红棕色粉末1.60g，通过计算确定此合金的组成为Fe₈Al₄Si（填化学式）．

Answer 1

分析 （1）Cu与氯化铁反应生成氯化铜、氯化亚铁；
（2）铜片在稀硫酸中长时间加热时溶液会呈蓝色，氧气参加反应，生成硫酸铜和水；
（3）Al₂O₃与焦炭混合后加热并通入氯气，可得到氯化铝，同时生成CO，由反应物、生成物可知反应方程式；
（4）Cu、S元素的化合价升高，N元素的化合价降低，结合电子、原子守恒配平反应；
（5）合金溶于过量盐酸铁和铝反应，剩余固体质量为硅的质量，计算得到n（Si），加入过量氢氧化钠溶液铝离子反应全部变化为偏铝酸钠，铁离子生成氢氧化铁过滤、洗涤得固体．再将所得固体充分加热、灼烧，得红棕色粉末1.60g为Fe₂O₃，计算得到铁元素物质的量，结合质量守恒计算合金中铝元素物质的量得到化学式．

解答 解：（1）FeCl₃蚀刻铜箔反应是三价铁离子具有氧化性和铜反应生成亚铁离子和铜离子，由电子、电荷守恒可知反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）因溶液中有氧气，加热能与铜反应生成氧化铜：2Cu+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO，氧化铜再与硫酸反应：CuO+H₂SO₄=CuSO₄+H₂O，两式相加可得2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuSO₄+2H₂O；
（3）根据题意知，反应物是氧化铝、碳和氯气，反应条件是加热，生成物是氯化铝和一氧化碳，所以其反应方程式为：Al₂O₃+3C+3Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO，
故答案为：Al₂O₃+3Cl₂+3C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl₃+3CO；         
（4）在Cu₂S中：
Cu+1→+2↑，失去电子为（2-1）×2
S-2→+6，失去电子为+6-（-2）
化合价共升高10，
而HNO₃中N+5→+2化合价降低3，根据化合价的升降守恒：
3Cu₂S+□HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$□CuSO₄+□Cu（NO₃）₂+10NO↑+（　　）
再根据原子守恒得：S守恒：3Cu₂S+□HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+□Cu（NO₃）₂+10NO↑+（　　）
Cu守恒：3Cu₂S+□HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+3Cu（NO₃）₂+10NO↑+（　　）
N守恒：3Cu₂S+16HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+3Cu（NO₃）₂+10NO↑+（　　）
质量守恒得：3Cu₂S+16HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3CuSO₄+3Cu（NO₃）₂+10NO↑+8 H₂O
故答案为：3；16；3；3；10；8；H₂O；
（5）准确称取1.46g该合金粉末，加入过量盐酸溶液，充分反应后过滤，铁和铝全部溶解，测定剩余固体质量0.07g为硅．n（Si）=$\frac{0.07g}{28g/mol}$=0.0025mol，向滤液中滴加足量NaOH浓溶液，铝离子反应生成偏铝酸钠，充分搅拌、过滤、洗涤得固体．判断为Fe（OH）₃，再将所得固体充分加热、灼烧，得红棕色粉末1.60g为Fe₂O₃，铁的物质的量n（Fe）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$×2=0.02mol，n（Al）=$\frac{1.46g-0.07g-0.02mol×56g/mol}{27g/mol}$=0.01mol；
n（Fe）：n（Al）：n（Si）=0.02：0.01：0.0025=8：4：1，所以化学式为Fe₈Al₄Si，
故答案为：Fe₈Al₄Si．

点评 本题考查常见金属及化合物的性质，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，注意元素化合物知识的综合应用，（5）中计算为解答的难点，题目难度中等．