Question

4．（1）近年來，我國用電弧法合成的碳納米管中常伴有大量碳納米顆粒（雜質），這種碳納米顆粒可用氧化氣化法提純，其反應的化學方程式為：
3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄═3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O
完成并配平上述化學方程式．以上反應中失電子的物質是C，還原產物是Cr₂（SO₄）₃，每生成1mol氧化產物，轉移的電子數目為4N_A．
（2）高溫時，用CO還原MgSO₄可制備高純MgO．750℃時，測得氣體中含等物質的量SO₂和SO₃，此時反應的化學方程式是CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃．
（3）向FeCl₂和FeCl₃混合溶液中加入適量KOH，高速攪拌下加入油脂，過濾后干燥得到一類特殊的磁流體材料，其化學式通式為K_xFeO₂（其組成可理解為aK₂O•bFeO•cFe₂O₃）．
①若x的平均值為1.3，a：b：c=13：6：7
②若x為1.4，請寫出該磁流體在稀硫酸條件下與足量的KI溶液反應的化學方程式10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O．
（4）Fe₃O₄溶于稀HNO₃的離子方程式：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．

Answer 1

分析 （1）反應中C元素化合價變化：0價→+4價，1molC參加反應，失去4mol電子；Cr元素化合價變化：+6價→+3價，1molK₂Cr₂O₇參加反應，得到6mol電子；依據氧化還原反應得失電子守恒、原子個數守恒規律書寫方程式；依據方程式分析轉移電子數目并用單線橋表示；
（2）根據題目信息寫出生成物，根據質量守恒配平；
（3）①當x=1.3時，即KxFeO₂為K_1.3FeO₂，其最簡整數比的化學式為K₁₃Fe₁₀O₂₀即$\frac{13}{2}$K₂O•3FeO•$\frac{7}{2}$Fe₂O₃）；
②當x=1.4時，即K_1.4FeO₂，當其在稀硫酸條件下與足量的KI溶液反應時，其反應實質是Fe³⁺和I^-在酸性條件下發生氧化還原反應生成Fe²⁺和I₂，K_1.4FeO₂的化學組成可看作7K₂O•4FeO•3Fe₂O₃，
依據氧化還原反應得失電子守恒、原子個數守恒寫出反應方程式；
（4）Fe₃O₄與稀硝酸反應生成硝酸鐵、一氧化氮和水，利用整體法，Fe₃O₄中鐵元素化合價共計+8價，生成3mol三價鐵離子，共失去1mol電子，硝酸根中氮元素從+5價降為+2價，1mol硝酸根被還原得到3mol電子，依據氧化還原反應得失電子守恒及原子個數守恒配平方程式．

解答 解：（1）反應中C元素化合價變化：0價→+4價，1molC參加反應，失去4mol電子；Cr元素化合價變化：+6價→+3價，1molK₂Cr₂O₇參加反應，得到6mol電子，要使得失電子守恒，則C的系數為3，K₂Cr₂O₇的系數為2，依據原子個數守恒，反應方程式：3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O；
依據方程式3C+2K₂Cr₂O₇+8H₂SO₄=3CO₂↑+2K₂SO₄+2Cr₂（SO₄）₃+8H₂O可知，消耗3mol碳生成3molCO₂，共失去電子12mol；2K₂Cr₂O₇共得到12mol電子，產物中CO₂的化合價升高為氧化產物，Cr₂（SO₄）₃的化合價降低為還原產物，每生成1mol氧化產物CO₂，轉移的電子4mol數目為N=n•N_A=4N_A；
故答案為：3；2；8H₂SO₄；3；2；2；8；C；Cr₂（SO₄）₃；4N_A；
（2）用CO還原MgSO₄可得到MgO、CO₂、SO₂和SO₃，方程式為CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃，
故答案為：CO+2MgSO₄ $\frac{\underline{\;750℃\;}}{\;}$2MgO+CO₂+SO₂+SO₃；
（3）①x=1.3時，即KxFeO₂為K_1.3FeO₂，其最簡整數比的化學式為K₁₃Fe₁₀O₂₀即$\frac{13}{2}$K₂O•3FeO•$\frac{7}{2}$Fe₂O₃）；
則a：b：c=$\frac{13}{2}$：3：$\frac{7}{2}$；即：13：6：7；
故答案為：13：6：7；
②當x=1.4時，即K_1.4FeO₂，當其在稀硫酸條件下與足量的KI溶液反應時，其反應實質是Fe³⁺和I^-在酸性條件下發生氧化還原反應生成Fe²⁺和I₂，K_1.4FeO₂的化學組成可看作7K₂O•4FeO•3Fe₂O₃，
反應的方程式：10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O；
故答案為：10K_1.4FeO₂+6KI+20H₂SO₄=10FeSO₄+3I₂+10K₂SO₄+20H₂O；
（4）Fe₃O₄與稀硝酸反應生成硝酸鐵、一氧化氮和水，利用整體法，Fe₃O₄中鐵元素化合價共計+8價，生成3mol三價鐵離子，共失去1mol電子，硝酸根中氮元素從+5價降為+2價，1mol硝酸根被還原得到3mol電子，要使得失電子守恒，Fe₃O₄系數為3，硝酸根離子系數為1，依據原子個數守恒，離子方程式：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O，
故答案為：3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．

點評 本題考查了氧化還原反應，涉及氧化還原反應表示方法、氧化還原反應方程式配平、有關計算，熟悉氧化還原反應中得失電子守恒規律是解題關鍵，題目難度較大．