Question

7．高氯酸鉀廣泛用于火箭及熱電池等領(lǐng)域．實驗室制取高氯酸鉀的步驟為：稱取一定質(zhì)量的KC1、NaClO₄，溶解后混合，經(jīng)冷卻、過濾、濾出晶體用蒸餾水多次洗滌及真空干燥得到．有關(guān)物質(zhì)溶解度與溫度的關(guān)系如下表：

溫度         溶解度 化學(xué)式	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃
KC104	0.76	1.06	1.68	2.56	3.73
KC1	28	31.2	34.2	37.2	40.1
NaClO4	167	183	201	222	245

（1）寫出實驗室制取高氯酸鉀的化學(xué)方程式NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；用蒸餾水多次洗滌晶體的目的是盡可能除去溶解度較大的雜質(zhì)．
（2）熱電池是以熔鹽作電解質(zhì)，利用熱源使其熔化而激活得一次儲備電池．Li/FeS₂熱電池工作時，Li轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧�鋰，F(xiàn)eS₂轉(zhuǎn)變?yōu)殍F，該電池工作時，電池總反應(yīng)為FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S．
（3）Fe和KC10₄反應(yīng)放出的熱量能為熔鹽電池提供550-660℃的溫度，使低熔點鹽熔化導(dǎo)電，從而激活電池，其供熱原理為：KClO₄（s）+4Fe（s）═KC1（s）+4FeO（s），△H＜0．
①600℃時FeO可部分分解生成Fe₃0₄，寫出有關(guān)的化學(xué)方程式4FeO=Fe₃O₄+Fe．
②稱取一定質(zhì)量上述加熱材料反應(yīng)后的混合物（假定只含氯化鉀一種鉀鹽）于燒杯中，用蒸餾水充分洗滌、過濾、干燥，固體質(zhì)量減少了0.43g，在固體中繼續(xù)加入過量的稀硫酸，微熱讓其充分反應(yīng)，固體完全溶解得到的溶液中加入過量的NaOH溶液，經(jīng)過濾、洗凈、干燥，再在空氣中充分灼燒得6.0g棕色固體．求該加熱材料反應(yīng)前，鐵和高氯酸鉀的質(zhì)量．（寫出計算過程，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）鐵的質(zhì)量為4.2g、高氯酸鉀的質(zhì)量為0.80g．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)題干信息和圖表中溶解度大小分析判斷寫出反應(yīng)化學(xué)方程式；洗滌晶體的目的是洗去晶體表面的雜質(zhì)；
（2）依據(jù)題干信息，Li/FeS₂熱電池工作時，Li發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧�鋰，F(xiàn)eS₂發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殍F，據(jù)此書寫電池反應(yīng)的總反應(yīng)；
（3）①依據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物結(jié)合原子守恒寫出化學(xué)方程式；
②依據(jù)題干得到棕色固體為Fe₂O₃，鐵的質(zhì)量可以依據(jù)元素守恒計算得到；KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；反應(yīng)中KClO₄和氯化鉀物質(zhì)的量相同；質(zhì)量減少為氯化鉀質(zhì)量．

解答 解：（1）實驗室制取高氯酸鉀的步驟為：稱取一定質(zhì)量的KCl、NaClO₄溶解，然后混合，氯酸鉀溶解度小于氯酸鈉，反應(yīng)得到氯酸鉀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；經(jīng)冷卻、過濾、濾出晶體用蒸餾水多次洗滌及真空干燥得到；洗滌的目的是洗去晶體表面的雜質(zhì)，
故答案為：NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；盡可能除去溶解度較大的雜質(zhì)；
（2）Li/FeS₂熱電池工作時，Li轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧�鋰，F(xiàn)eS₂轉(zhuǎn)變?yōu)殍F，該電池工作時失電子的做負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，得到電子的發(fā)生還原反應(yīng)，電池反應(yīng)為FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S，故答案為：FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S；
（3）①600℃時FeO可部分分解生成Fe₃O₄，依據(jù)元素守恒計算得到出生成四氧化三鐵外還有鐵，依據(jù)原子守恒配平可得4FeO=Fe₃O₄+Fe，故答案為：4FeO=Fe₃O₄+Fe；
②反應(yīng)過程中的反應(yīng)為：KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；用蒸餾水充分洗滌、過濾、干燥，固體質(zhì)量減少了0.43g，減少的固體質(zhì)量是氯化鉀的質(zhì)量，n（KClO₄）=n（KCl），在固體中繼續(xù)加入過量的稀硫酸，微熱讓其充分反應(yīng)，固體完全溶解得到的溶液中加入過量的NaOH溶液，經(jīng)過濾、洗凈、干燥，再在空氣中充分灼燒得6.0g棕色固體．固體是Fe₂O₃，n（Fe）=2n（Fe₂O₃），得到：m（Fe）=n（Fe）×56 g•mol^-1=$\frac{6.0g}{160g/mol}$×2×56 g•mol^-1=4.2g，
m（KClO₄）=n（KClO₄）×138.5 g•mol^-1=n（KCl）×138.5 g•mol^-1=$\frac{0.43g}{74.5g/mol}$×138.5 g•mol^-1=0.80g，
故答案為：鐵的質(zhì)量為4.2g、高氯酸鉀的質(zhì)量為0.80g．

點評 本題考查了物質(zhì)制備反應(yīng)的應(yīng)用，鐵及其化合物性質(zhì)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，溶解度變化的反應(yīng)原理，原電池原理應(yīng)用，混合物和反應(yīng)化學(xué)方程式的計算應(yīng)用，題目難度較大．