Question

2．（Ⅰ）六種短周期元素在元素周期表中的相對(duì)位置如圖所示，其中R元素的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

X	Y	Z	M
R		W

（1）畫(huà)出R的原子結(jié)構(gòu)示意圖．
（2）比較Z、W的簡(jiǎn)單氫化物沸點(diǎn)高低并說(shuō)明原因沸點(diǎn)H₂O＞H₂S，由于H₂O分子之間存在氫鍵．
（3）W和Y形成的一種化合物甲的相對(duì)分子質(zhì)量為184，其中Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，則化合物甲的化學(xué)式為N₄S₄．
（Ⅱ）聚合硫酸鐵簡(jiǎn)稱聚鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m（n＞2，m≤10），是一種高效的無(wú)極高分子混凝劑，凈水劑，實(shí)驗(yàn)室利用硫酸亞鐵制取聚合硫酸鐵的主要流程如下：

（4）FeSO₄溶液顯弱酸性的原因是Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂（用離子方程式表示）
（5）加入濃硫酸調(diào)節(jié)pH的作用是：①抑制Fe²⁺水解；②提高H₂O₂的氧化能力（或促進(jìn)Fe²⁺被氧化）．
（6）寫(xiě)出用上述流程得到某聚鐵[Fe₂（OH）₄SO₄]₄的化學(xué)方程式8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄．
（7）測(cè)定聚鐵中含鐵量的方法為把聚鐵溶于過(guò)量酸中，先用過(guò)量的SnCl₂將Fe³⁺還原成Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液除去過(guò)量的SnCl₂，然后用標(biāo)準(zhǔn)的K₂Cr₂O₇溶液（先加入幾滴試亞鐵靈指示劑）滴定溶液中的Fe²⁺．此過(guò)程發(fā)生的部分反應(yīng)為：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^-═Hg₂Cl₂↓+SnCI₆^2-
Cr₂O₂^2-+14H⁺+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①用HgCl₂除去過(guò)量的SnCl₂的目的是防止滴定過(guò)程中由于Sn²⁺同時(shí)還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差．
②稱取聚鐵質(zhì)量為10.00g配成100.0mL溶液，取出20.00mL，經(jīng)上述方法處理后，用0.1000mol•L^-1K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，消耗K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液12.80mL，則聚鐵中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.5%．

Answer 1

分析 （I）由短周期元素在周期表中位置，可知X、Y、Z、M處于第二周期，R、W處于第三周期，R元素的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，則最外層電子數(shù)為4，故R為Si，可推知X為C、Y為N、Z為O、W為S、M為F；
（Ⅱ）（4）亞鐵離子發(fā)生水解，破壞水的電離平衡；
（5）根據(jù)亞鐵離子在溶液中易水解及酸性條件下雙氧水的氧化性增強(qiáng)進(jìn)行分析；
（6）由流程圖可知，硫酸亞鐵、過(guò)氧化氫在酸性條件得到[Fe₂（OH）₄SO₄]₄，根據(jù)守恒可知，還生成H₂SO₄；
（7）①Sn²⁺能夠還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差；
②根據(jù)Cr₂O₂^2-+14H⁺+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O計(jì)算出亞鐵離子物質(zhì)的量，利用Fe元素守恒計(jì)算聚鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（I）由短周期元素在周期表中位置，可知X、Y、Z、M處于第二周期，R、W處于第三周期，R元素的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，則最外層電子數(shù)為4，故R為Si，可推知X為C、Y為N、Z為O、W為S、M為F．
（1）R為Si元素，原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；
（2）由于H₂O分子之間存在氫鍵，故沸點(diǎn)H₂O＞H₂S，故答案為：沸點(diǎn)H₂O＞H₂S，由于H₂O分子之間存在氫鍵；
（3）S和N形成的一種化合物甲的相對(duì)分子質(zhì)量為184，其中N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30%，則分子中N原子數(shù)目為$\frac{184×30%}{14}$=4，S原子數(shù)目為$\frac{184-14×4}{32}$=4，故化合物甲的化學(xué)式為N₄S₄，故答案為：N₄S₄；
（Ⅱ）（4）溶液中Fe²⁺離子發(fā)生水解：Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂，破壞水的電離平衡，溶液呈酸性，故答案為：Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂；
（5）亞鐵離子在溶液中容易發(fā)生水解，加入濃硫酸，增大溶液中氫離子，可以抑制Fe²⁺水解，下一步需要加入雙氧水氧化亞鐵離子，雙氧水在酸性條件下氧化性增強(qiáng)，加入濃硫酸后可以提高雙氧水的氧化能力，
故答案為：抑制Fe²⁺水解；提高H₂O₂的氧化能力（或促進(jìn)Fe²⁺被氧化）；
（6）由流程圖可知，硫酸亞鐵、過(guò)氧化氫在酸性條件得到[Fe₂（OH）₄SO₄]₄，根據(jù)守恒可知，還生成H₂SO₄，反應(yīng)方程式為：8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄，
故答案為：8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄；
（7）①Sn²⁺能夠被Cr₂O₇^2-氧化，所以為防止滴定過(guò)程中由于Sn²⁺同時(shí)還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差，需要用HgCl₂除去過(guò)量的SnCl₂，
故答案為：防止滴定過(guò)程中由于Sn²⁺同時(shí)還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差；
②Cr₂O₂^2-+14  H⁺+6  Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
   1mol             6mol
0.1000mol/L×0.0128L   n
則：n=0.00768mol，
故聚鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.00768mol×\frac{100mL}{20mL}×56g/mol}{10.00g}$×100%=21.5%，
故答案為：21.5．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于拼合型題目，涉及物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)位置性質(zhì)關(guān)系應(yīng)用，題目難度中等，試題綜合性較強(qiáng)，充分考查了的學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力，難度中等．