Question

17．鐵及其化合物有重要用途，如聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m是一種新型高效的水處理混凝劑，而高鐵酸鉀（其中鐵的化合價(jià)為+6）是一種重要的殺菌消毒劑，某課題小組設(shè)計(jì)如下方案制備上述兩種產(chǎn)品：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）若A為H₂O（g），寫出反應(yīng)方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）若B為NaClO₃與稀硫酸，寫出其氧化Fe²⁺的離子方程式（還原產(chǎn)物為Cl^-）6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）若C為KNO₃和KOH的混合物，寫出其與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的化學(xué)方程式，并配平：
□Fe₂O₃+□KNO₃+□KOH□→K₂FeO₄+□KNO₂+□H₂O
（4）為測(cè)定溶液Ⅰ中鐵元素的總含量，實(shí)驗(yàn)操作如下：準(zhǔn)確量取20.00mL溶液Ⅰ于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調(diào)節(jié)pH＜3，加熱除去過量H₂O₂；加入過量KI充分反應(yīng)后，再用0.1000mol?L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
已知：
2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₄^2-
①滴定選用的指示劑及滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象淀粉；溶液由藍(lán)色變無色且保持半分鐘不變色；
②溶液Ⅰ中鐵元素的總含量為5.6g?L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，所測(cè)定的鐵元素的含量將偏高（填“偏高”“偏低”或“不變”）．

Answer 1

分析 如果A是水，則高溫條件下，F(xiàn)e和水發(fā)生反應(yīng)為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；四氧化三鐵和稀硫酸反應(yīng)生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃；向溶液I中加入B，若B為NaClO₃與稀硫酸，發(fā)生氧化、水解、聚合反應(yīng)生成[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m，亞鐵離子被氯酸根離子氧化生成鐵離子，自身被還原生成氯離子，離子方程式為6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
若C為KNO₃和KOH的混合物，其與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀（K₂FeO₄），反應(yīng)方程式為Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O；
（1）鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣；
（2）溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據(jù)得失電子相等、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平；
（3）若C為KKO₃和KOH的混合物，與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀，則缺項(xiàng)物質(zhì)為K₂FeO₄和H₂O，根據(jù)得失電子相等、質(zhì)量守恒配平；
（4）①反應(yīng)原理中有碘單質(zhì)生成和消耗，碘單質(zhì)遇到淀粉顯示藍(lán)色，可選淀粉為指示劑；當(dāng)?shù)鈫钨|(zhì)完全反應(yīng)后溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，據(jù)此判斷滴定終點(diǎn)；
②根據(jù)反應(yīng)2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-找出關(guān)系式Fe³⁺～S₂O₃^2-，然后根據(jù)關(guān)系式計(jì)算出鐵離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算出鐵元素含量；雙氧水能氧化S₂O₃^2-．

解答 解：如果A是水，則高溫條件下，F(xiàn)e和水發(fā)生反應(yīng)為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；四氧化三鐵和稀硫酸反應(yīng)生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃；向溶液I中加入B，若B為NaClO₃與稀硫酸，發(fā)生氧化、水解、聚合反應(yīng)生成[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m，亞鐵離子被氯酸根離子氧化生成鐵離子，自身被還原生成氯離子，離子方程式為6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
若C為KNO₃和KOH的混合物，其與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀（K₂FeO₄），反應(yīng)方程式為Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O；
（1）鐵與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)方程式為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）根據(jù)題中流程可知，四氧化三鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵，在溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據(jù)化合價(jià)升降相等配平，配平后的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）KNO₃和KOH的混合物，寫出其與Fe₂O₃加熱共融制得K₂FeO₄，則缺項(xiàng)中有一種為K₂FeO₄，K₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)為+6，則亞鐵離子從+3價(jià)變?yōu)?6價(jià)，化合價(jià)升高3價(jià)，化合價(jià)至少升高3×2=6價(jià)；KNO₃中N元素從+5降為KNO₂中的+3價(jià)，化合價(jià)降低2價(jià)，則化合價(jià)最小公倍數(shù)為6，所以氧化鐵的系數(shù)為1，KNO₃的系數(shù)為3，然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律配平，配平后的方程式為：Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O，
故答案為：1；3；2；K₂FeO₄；3；H₂O；
（4）①Fe³⁺氧化I^-生成I₂，淀粉遇碘變藍(lán)，選擇淀粉溶液作指示劑；當(dāng)加入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時(shí)，藍(lán)色消失，且半分鐘不變色說明是終點(diǎn)，
故答案為：淀粉，溶液由藍(lán)色變無色且保持半分鐘不變色；
②由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，則n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，鐵元素總含量為：$\frac{0.002mol×56g/mol}{0.02L}$=5.6g/L；
H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若過氧化氫沒有除盡，則消耗硫代硫酸鈉溶液體積偏大，所測(cè)結(jié)果偏高，
故答案為：5.6；偏高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及氧化還原反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)滴定、方程式的配平等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，易錯(cuò)點(diǎn)是誤差分析，題目難度中等．