Question

20．KI、KIO₃及KNO₃在生產(chǎn)生活中有十分重要的應(yīng)用．工業(yè)上用碘、KOH和鐵屑為原料生產(chǎn)碘化鉀的流程如圖1．

（1）第①步中反應(yīng)的離子方程式是3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O．
（2）第 ②步所得固體中有紅褐色物質(zhì)，溶液2中除H⁺外，一定含有的陽離子是Fe²⁺．
（3）溶液2經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化可得到草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O，Mr=180），稱取3.60g該晶體加熱分解，得到剩余固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如圖2所示：
過程I發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；若300℃時剩余固體是鐵的一種氧化物，其化學(xué)式是Fe₂O₃．
（4）KIO₃可作食鹽添加劑．工業(yè)上常用石墨和鐵作電極電解KI溶液制備KIO₃，電解時陽極的電極反應(yīng)式是I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺．
（5）KNO₃是制造黑火藥的重要原料．
已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol
S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol
2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol
黑火藥爆炸時，硫磺、硝酸鉀與木炭反應(yīng)生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳的熱化學(xué)方程式是S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c）kJ/mol．

Answer 1

分析 由制備流程可知，碘與KOH溶液反應(yīng)生成KI、KIO₃，第 ②步所得固體中有紅褐色物質(zhì)，所以加入過量Fe與KIO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成KI、氫氧化鐵，經(jīng)過濾后得到固體為氫氧化鐵和鐵粉，氫氧化鐵和鐵粉中加硫酸生成溶液2為硫酸亞鐵溶液，過濾后溶液1中主要含KI，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶過濾得到KI；
（1）碘在氫氧化鉀溶液中發(fā)生自身氧化還原生成IO₃^-與I^-，結(jié)合電子、電荷守恒分析；
（2）由溶液含H⁺，固體完全溶解，F(xiàn)e與硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵；
（3）過程I使其質(zhì)量減少3.60-2.88g=0.72g，恰好為0.4mol水的質(zhì)量；由元素守恒計算氧化物中Fe元素的質(zhì)量，再利用原子個數(shù)比確定化學(xué)式；
（4）電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中碘離子失電子生成碘酸根離子；
（5）根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol；②S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol；③2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol，將①×3+②-③可得硫磺、硝酸鉀與木炭反應(yīng)生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳的熱化學(xué)方程式．

解答 解：由制備流程可知，碘與KOH溶液反應(yīng)生成KI、KIO₃，第 ②步所得固體中有紅褐色物質(zhì)，所以加入過量Fe與KIO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成KI、氫氧化鐵，經(jīng)過濾后得到固體為氫氧化鐵和鐵粉，氫氧化鐵和鐵粉中加硫酸生成溶液2為硫酸亞鐵溶液，過濾后溶液1中主要含KI，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶過濾得到KI；
（1）碘在氫氧化鉀溶液中發(fā)生自身氧化還原生成IO₃^-與I^-，反應(yīng)的離子方程式為3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O，
故答案為：3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O；
（2）固體中除剩余鐵屑外，還有紅褐色固體，加硫酸得到溶液2除含有H⁺外，固體完全溶解，一定含有的陽離子是Fe²⁺，
故答案為：Fe²⁺；
（3）3.60g草酸亞鐵晶體，物質(zhì)的量為0.2mol，過程I使其質(zhì)量減少3.60-2.88g=0.72g，恰好為0.4mol水的質(zhì)量，則過程Ⅰ發(fā)生的反應(yīng)是：草酸亞鐵晶體受熱失去結(jié)晶水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O，草酸亞鐵晶體中的鐵元素質(zhì)量為：3.6g×$\frac{56}{180}$×100%=1.12g，草酸亞鐵晶體中的鐵元素完全轉(zhuǎn)化到氧化物中，氧化物中氧元素的質(zhì)量為：1.60g-1.12g=0.48g，鐵元素和氧元素的質(zhì)量比為：1.12g：0.48g=7：3，
設(shè)鐵的氧化物的化學(xué)式為Fe_xO_y，
則56x：16y=7：3，
x：y=2：3，
鐵的氧化物的化學(xué)式為Fe₂O₃，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；Fe₂O₃；
（4）電解時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中碘離子失電子生成碘酸根離子，電極反應(yīng)式為I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺，
故答案為：I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺；
（5）根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol；②S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol；③2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol，將①×3+②-③可得硫磺、硝酸鉀與木炭反應(yīng)生成硫化鉀、氮氣和二氧化碳的熱化學(xué)方程式為S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c） kJ/mol，
故答案為：S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c） kJ/mol．

點評 本題考查制備實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握制備流程中的反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)的分析、質(zhì)量守恒的計算等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．