Question

3．鐵的許多化合物在水的凈化處理工藝中有著廣泛的應用．
Ⅰ．化合物甲是一種暗紫色有光澤的粉末，經(jīng)組成分析，僅含有Fe、K、O三種元素．水溶性實驗表明，化合物甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中會逐漸析出紅褐色沉淀乙，同時放出一種具有 氧化性的無色單質氣體丙．實驗測得，當生成標準狀況下2.24L氣體丙時，會有14.3g沉淀乙析出．
（1）氣體丙的電子式為；化合物甲與H₂O反應的離子方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）化合物甲被稱為“綠色高效水處理劑”，用文字簡要表述其處理水的原理是用高鐵酸鉀處理水時，+6價鐵表現(xiàn)出強氧化性，能殺菌消毒，其還原產(chǎn)物為鐵離子，水解生成氫氧化鐵膠體，能吸附水中的懸浮雜質；
Ⅱ．氯化鐵也是常見的水處理劑．下圖為制備氯化鐵及進一步氧化制備上述化合物甲的工藝流程．

（1）吸收劑X的化學式為FeCl₂；氧化劑Y的化學式為NaClO．
（2）堿性條件下反應①的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）過程②將混合溶液攪拌半小時，靜置，抽濾獲得粗產(chǎn)品．該反應的化學方程式為
2KOH+Na₂FeO₄→甲+2NaOH，該反應發(fā)生的原因最可能是A．
A．甲溶解度較Na₂FeO₄小，析出晶體，促進反應進行
B．甲比Na₂FeO₄難電離，是更弱的電解質
C．甲是配合物，而Na₂FeO₄是復鹽
（4）結合上述信息，在提純甲時采用重結晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用B（填序號）．
A．H₂O B．稀KOH溶液、異丙醇C．NH₄Cl溶液、異丙醇  D．Fe（NO₃）₃溶液、異丙醇
Ⅲ．可用滴定分析法測定K₂FeO₄的純度，有關反應離子方程式為：
①FeO₄^2-?+CrO₂^-+2H₂O→CrO₄^2-?+Fe（OH）₃↓+OH^-?
②2CrO₄^2-?+2H⁺→Cr₂O₇^2-?+H₂O
③Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺+14H⁺→2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
現(xiàn)稱取1.980g粗高鐵酸鉀樣品溶于適量氫氧化鉀溶液中，加入稍過量的KCrO₂，充分反應后過濾，濾液定容于250mL容量瓶中．每次取25.00mL加入稀硫酸酸化，用0.1000mol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標準溶液滴定，三次滴定消耗標準溶液的平均體積為18.93mL．則上述樣品中高鐵酸鉀的質量分數(shù)為63.1%．（答案用小數(shù)表示，保留3位小數(shù)）

Answer 1

分析 I．化合物甲僅含有Fe、K、O三種元素，甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中會逐漸析出紅褐色沉淀乙，同時放出一種具有氧化性的無色單質氣體丙，根據(jù)元素守恒可知丙為O₂，則紅褐色沉淀為氫氧化鐵，所以n（O₂）=0.1mol，n（氫氧化鐵）=$\frac{14.3g}{107g/mol}$，設甲Fe元素的化合價為+x價，則（x-3）×$\frac{14.3g}{107g/mol}$=4×0.1mol，則x=6，即甲Fe元素的化合價為+6價，所以甲為K₂FeO₄；
（1）氧氣中含有2個共用電子對，原子均滿足8電子結構；K₂FeO₄與水反應生成氫氧化鐵、氫氧化鉀和氧氣；
（2）根據(jù)+6價Fe的強氧化性和氫氧化鐵膠體的吸附性分析；
II．氯氣與鐵反應生成三氯化鐵，冷卻得到三氯化鐵固體，尾氣中含有氯氣，用氯化亞鐵溶液吸收得到氯化鐵溶液，把氯化鐵固體溶于吸收液得到濃氯化鐵溶液，氯氣與氫氧化鈉溶液反應生成次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉具有強氧化性，與氯化鐵溶液反應生成Na₂FeO₄，然后向該溶液中加飽和的KOH溶液，析出固體K₂FeO₄；
（1）根據(jù)流程分析判斷；
（2）堿性條件下NaClO把鐵離子氧化為鐵酸根離子，反應①的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）2KOH+Na₂FeO₄ =K₂FeO₄+2NaOH，反應能發(fā)生的原因K₂FeO₄的溶解度比Na₂FeO₄小而溶液中K⁺、FeO₄^2-的濃度比較大；
（4）洗滌時要盡可能的減少K₂FeO₄的損失，用KOH可以減少K₂FeO₄的溶解，用異丙醇可以洗去表面的水，而且異丙醇易揮發(fā)，低溫烘干可以除去殘留的異丙醇；
III．根據(jù)反應①②③可知：2FeO₄^2-～～～～6Fe²⁺，根據(jù)關系式計算出K₂FeO₄的物質的量和質量，再計算質量分數(shù)．

解答 解：I．化合物甲僅含有Fe、K、O三種元素，甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中會逐漸析出紅褐色沉淀乙，同時放出一種具有氧化性的無色單質氣體丙，根據(jù)元素守恒可知丙為O₂，則紅褐色沉淀為氫氧化鐵，所以n（O₂）=0.1mol，n（氫氧化鐵）=$\frac{14.3g}{107g/mol}$，設甲Fe元素的化合價為+x價，則（x-3）×$\frac{14.3g}{107g/mol}$=4×0.1mol，則x=6，即甲Fe元素的化合價為+6價，所以甲為K₂FeO₄；
（1）氧氣中含有2個共用電子對，原子均滿足8電子結構，其電子式為；K₂FeO₄與水反應生成氫氧化鐵、氫氧化鉀和氧氣，反應的離子方程式為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
故答案為：；4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）鐵酸鉀中Fe元素為+6價具有強氧化性，在水中能殺菌消毒，其還原產(chǎn)物為鐵離子，能水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮雜質，從而起到凈水的作用；
故答案為：用高鐵酸鉀處理水時，+6價鐵表現(xiàn)出強氧化性，能殺菌消毒，其還原產(chǎn)物為鐵離子，水解生成氫氧化鐵膠體，能吸附水中的懸浮雜質；
II．氯氣與鐵反應生成三氯化鐵，冷卻得到三氯化鐵固體，尾氣中含有氯氣，用氯化亞鐵溶液吸收得到氯化鐵溶液，把氯化鐵固體溶于吸收液得到濃氯化鐵溶液，氯氣與氫氧化鈉溶液反應生成次氯酸鈉溶液，次氯酸鈉具有強氧化性，與氯化鐵溶液反應生成Na₂FeO₄，然后向該溶液中加飽和的KOH溶液，析出固體K₂FeO₄；
（1）根據(jù)流程分析可知吸收劑X的化學式為FeCl₂；氧化劑Y的化學式為NaClO，故答案為：FeCl₂；NaClO；
（2）堿性條件下根據(jù)反應物和產(chǎn)物可知，反應①的離子方程式為3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案為：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）過程②的反應的化學方程式為2KOH+Na₂FeO₄ =K₂FeO₄+2NaOH，請根據(jù)相關反應原理分析反應能發(fā)生的原因K₂FeO₄的溶解度比Na₂FeO₄小而溶液中K⁺、FeO₄^2-的濃度比較大，故答案為：A；
（4）洗滌時要盡可能的減少K₂FeO₄的損失，用KOH可以減少K₂FeO₄的溶解，用異丙醇可以洗去表面的水，而且異丙醇易揮發(fā)，低溫烘干可以除去殘留的異丙醇，所以洗滌操作時最好選用稀KOH溶液、異丙醇，故答案為：B；
III．根據(jù)反應①②③可知：2FeO₄^2-～～～～6Fe²⁺，
                   1mol          3mol
                   n           0.1000mol/L×0.01893L
則n=6.31×10^-4mol，
所以樣品中高鐵酸鉀的質量分數(shù)為$\frac{6.31×1{0}^{-4}mol×\frac{250}{25}×198g/mol}{1.98g}$×100%=63.1%；
故答案為：63.1%．

點評 本題考查了物質的制備流程的理解應用、實驗基本操作、物質性質的分析應用、有關方程式的計算、氧化還原反應等，題目涉及的知識點較多，側重于考查學生的實驗能力和對基礎知識的綜合應用能力，熟練掌握基礎是關鍵，題目難度中等．