Question

19．磷酸鐵（FePO₄•2H₂O，難溶于水的米白色固體）可用于生成藥物、食品添加劑和鋰離子電池的正極材料，實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)下列實(shí)驗(yàn)制備磷酸鐵．
（1）鋼鐵銹蝕是目前難以解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，電化學(xué)腐蝕最為普遍．寫出在潮濕空氣中鋼鐵發(fā)生吸氧銹蝕時(shí)正極的電極反應(yīng)式：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．鐵銹的主要成分是Fe₂O₃（填寫化學(xué)式），將生銹的鐵屑放入H₂SO₄溶液中充分溶解后，在溶液中并未檢測(cè)出Fe³⁺，用離子方程式說(shuō)明原因：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（2）稱取一定量已除去油污的廢鐵屑，加入稍過(guò)量的稀硫酸，加熱、攪拌，反應(yīng)一段時(shí)間后過(guò)濾，反應(yīng)加熱的目的是加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率．
（3）向?yàn)V液中加入一定量H₂O₂氧化Fe²⁺．為確定加入H₂O₂的量，需先用K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定濾液中的Fe²⁺，離子方程式如下：
Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
①在向滴定管注入K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液前，滴定管需要檢漏、用蒸餾水洗和用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗2-3次，應(yīng)選用酸式滴定管．
②若滴定xmL濾液中的Fe²⁺，消耗amol•L^-1 K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液bmL，則濾液中c（Fe²⁺）=$\frac{6ab}{x}$ mol•L^-1
③為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列實(shí)驗(yàn)條件控制正確的是A、B（填序號(hào)）．
A．加入適當(dāng)過(guò)量的H₂O₂溶液         B．緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌
C．加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行   D．用氨水調(diào)節(jié)pH=7．

Answer 1

分析 本題以實(shí)驗(yàn)室制備磷酸鐵為載體，探究鐵在潮濕的空氣里發(fā)生吸氧腐蝕得到氧化鐵的原理、溶液里Fe³⁺和Fe²⁺的轉(zhuǎn)化及檢驗(yàn)、以及利用氧化還原反應(yīng)原理進(jìn)行滴定測(cè)定溶液里Fe²⁺的濃度，還考查了通過(guò)升溫、攪拌等可以加快反應(yīng)速率等理論，據(jù)此可作答；
（1）鐵在潮濕的空氣里很容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，主要是吸氧腐蝕，正極上氧氣得電子被還原，鐵銹的主要成份是氧化鐵，用硫酸溶解生銹有鐵屑時(shí)，氧化鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵，鐵與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，如果鐵過(guò)量，溶液里應(yīng)該沒(méi)有
+3價(jià)鐵；
（2）結(jié)合影響反應(yīng)速率的影響因素可知溫度越高，反應(yīng)速率越快；
（3）①K₂Cr₂O₇溶液具有強(qiáng)氧化性，應(yīng)裝在酸式滴定管中，注入前酸式滴定管要檢漏、水洗，最后再用標(biāo)準(zhǔn)的K₂Cr₂O₇溶液潤(rùn)濕；
②根據(jù)Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之間的關(guān)系式計(jì)算亞鐵離子物質(zhì)的量，再計(jì)算得到濃度；
③為使濾液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化劑要過(guò)量，且使反應(yīng)物充分反應(yīng)．

解答 解：（1）鐵在潮濕的空氣里發(fā)生吸氧腐蝕，正極電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，生成的鐵銹主要成份是Fe₂O₃，將生銹的鐵屑放入H₂SO₄溶液中充分溶解后，因過(guò)量的鐵能將+3價(jià)的鐵還原成+2價(jià)，因此反應(yīng)后的溶液里不一定有Fe3+，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；Fe₂O₃；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以反應(yīng)加熱的目的是加快鐵與稀硫酸反應(yīng)速率，故答案為：加快Fe和稀硫酸的反應(yīng)速率；
（3）①向滴定管注入K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液前，滴定管需要檢漏、用蒸餾水洗，為防止滴定管附著的水稀釋標(biāo)準(zhǔn)液，還需要用用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗2-3次，K₂Cr₂O₇溶液具有強(qiáng)氧化性，能氧化橡膠管，需要盛放在酸式滴定管中，故答案為：用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗2-3次；酸式；
②若滴定v mL濾液中的Fe²⁺，消耗a mol•L^-1 KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液b mL，Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
根據(jù)Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之間的關(guān)系式得c（Fe²⁺）=$\frac{amol/L×b×1{0}^{-3}L×6}{v×1{0}^{-3}L}$=$\frac{6ab}{x}$mol/L，故答案為：$\frac{6ab}{x}$；
③A、加入適當(dāng)過(guò)量的H₂O₂溶液，導(dǎo)致鐵離子能完全反應(yīng)，故A正確；
B、緩慢滴加H₂O₂溶液并攪拌，反應(yīng)物接觸面積增大，能使鐵離子完全反應(yīng)，故B正確；
C、加熱，使反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，雖然反應(yīng)速率加快，但能促進(jìn)亞鐵離子水解而產(chǎn)生雜質(zhì)，故C錯(cuò)誤；
D、用氨水調(diào)節(jié)溶液pH=7，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化亞鐵雜質(zhì)，故錯(cuò)誤；
故答案為：A、B．

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵及其化合物為載體考查了物質(zhì)的制備，涉及氧化還原反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)操作、反應(yīng)速率的影響因素等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)物質(zhì)之間的關(guān)系式、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、影響反應(yīng)速率的因素等知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析解答，題目難度中等．