Question

13．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型、高效、多功能水處理劑．
（1）工業(yè)上的濕法制備方法是用KClO與Fe（OH）₃在KOH存在下制得K₂FeO₄，該反應氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為3：2．
（2）實驗室用食鹽、廢鐵屑、硫酸、KOH等為原料，通過以下過程（圖1）制備K₂FeO₄：

①操作（I）的方法為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，隔絕空氣減壓干燥．
②檢驗產(chǎn)生X氣體的方法是用帶火星的木條接觸氣體．
③最終在溶液中得到K2FeO4晶體利用的原理是K₂FeO₄在0℃時的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄小．
（3）測定某K₂FeO₄樣品的質(zhì)量分數(shù)，實驗步驟如下：
步驟1：準確稱量1.0g樣品，配制100mL溶液，
步驟2：準確量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到錐形瓶中
步驟3：在強堿性溶液中，用過量CrO₂^-與FeO₄^2-反應生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步驟4：加稀硫酸，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，CrO₂^-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，F(xiàn)e（OH）₃轉(zhuǎn)化為Fe³⁺
步驟5：加入二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂標準溶液滴定至終點（溶液顯紫紅色），記下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積，做3次平行實驗，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積30.00mL．
已知：滴定時發(fā)生的反應為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
①步驟2中準確量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到錐形瓶中所用的儀器是酸式滴定管．
②寫出步驟3中發(fā)生反應的離子方程式CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-．
③步驟5中能否不加指示劑否，原因是因為K₂Cr₂O₇溶液為橙色、Fe³⁺的溶液為黃色，顏色變化不明顯．
④根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，測定該樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分數(shù)為79.2%．
（4）配制0.1mol•L^-1的K₂FeO₄，調(diào)節(jié)溶液pH，含鐵離子在水溶液中的存在形態(tài)如圖2所示．下列說法正確的是AD （填字母）．

A．pH=2時，c（H₃FeO₄⁺）+c（H₂FeO₄）+c（HFeO₄^-）=0.1mol•L^-1
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸銨，則HFeO₄^-的分布分數(shù)逐漸增大
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，發(fā)生反應的離子方程式為：
H₂FeO₄+H⁺═H₃FeO₄⁺
D．將K₂FeO₄晶體溶于水，水溶液呈弱堿性．

Answer 1

分析 （1）濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄），則FeO₄^2-為產(chǎn)物，F(xiàn)e（OH）₃為反應物，化合價升高總共3價，由電子轉(zhuǎn)移守恒可知，ClO^-為反應物，Cl^-為生成物，化合價降低共2將，化合價升降最小公倍數(shù)為6，故Fe（OH）₃的系數(shù)為2，F(xiàn)eO₄^2-的系數(shù)為2，ClO^-的系數(shù)為3，Cl^-的系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒可知，OH^-為反應物，系數(shù)為4，由元素守恒可知H₂O為生成物，其系數(shù)為5，依據(jù)化學方程式定量關系計算；
（2）電解熔融氯化鈉得到氯氣和金屬鈉，鈉在空氣中燃燒生成過氧化鈉，廢鐵屑加入稀硫酸加熱反應得到硫酸亞鐵溶液，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌得到硫酸亞鐵晶體，隔絕空氣減壓干燥得到硫酸亞鐵固體，硫酸亞鐵固體和過氧化鈉混合反應得到固體Na₂FeO₄，Na₂SO₄，Na₂O，利用溶解度差異加入氫氧化鉀溶液結(jié)晶得到K₂FeO₄，同時發(fā)出其X為O₂，
①操作Ⅰ是硫酸亞鐵溶液中得到硫酸亞鐵晶體的過程需要蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過濾洗滌，隔絕空氣減壓干燥得到硫酸亞鐵固體；
②過程分析可知X為氧氣；
③最終在溶液中得到K₂FeO₄晶體是利用K₂FeO₄在0℃時的溶解度下得到；
（3）步驟1：準確稱量1.0g樣品，配制100mL溶液，
步驟2：準確量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到錐形瓶中
步驟3：在強堿性溶液中，用過量CrO₂^-與FeO₄^2-反應生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步驟4：加稀硫酸，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，CrO₂^-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，F(xiàn)e（OH）₃轉(zhuǎn)化為Fe³⁺
步驟5：加入二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂標準溶液滴定至終點（溶液顯紫紅色），記下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積，做3次平行實驗，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積30.00mL．
①K₂FeO₄溶液具有強氧化性，應在酸式滴定管中量取；
②在強堿性溶液中，用過量CrO₂^-與FeO₄^2-反應生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式；
③K₂Cr₂O₇溶液為橙色、Fe³⁺的溶液為黃色；
④CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，依據(jù)反應的定量關系和鉻元素守恒計算；
（4）A．PH=2時結(jié)合物料守恒分析判斷；
B．根據(jù)圖片知，改變?nèi)芤旱膒H，當溶液由pH=10降至pH=4的過程中，HFeO₄^-的分布分數(shù)先增大后減�。�
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，HI具有還原性被高鐵酸氧化；
D．不同PH值時，溶液中鐵元素的存在形態(tài)及種數(shù)不相同，堿性溶液中存在FeO₄^2-；

解答 解：（1）濕法制備高鐵酸鉀（K₂FeO₄），則FeO₄^2-為產(chǎn)物，F(xiàn)e（OH）₃為反應物，化合價升高總共3價，由電子轉(zhuǎn)移守恒可知，ClO^-為反應物，Cl^-為生成物，化合價降低共2將，化合價升降最小公倍數(shù)為6，故Fe（OH）₃的系數(shù)為2，F(xiàn)eO₄^2-的系數(shù)為2，ClO^-的系數(shù)為3，Cl^-的系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒可知，OH^-為反應物，系數(shù)為4，由元素守恒可知H₂O為生成物，其系數(shù)為5，離子方程式為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，該反應氧化劑與還原劑物質(zhì)的量之比為3：2，
故答案為：3：2；
（2）①操作（I）是溶液中得到硫酸亞鐵晶體的方法為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌；
②過程分析可知X為氧氣，檢驗氧氣的方法為：用帶火星的木條接觸氣體，余燼的木條復燃證明是氧氣，
故答案為：用帶火星的木條接觸氣體；
③最終在溶液中得到K₂FeO₄晶體利用的原理是K₂FeO₄在0℃時的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄小，可以在飽和溶液中先析出晶體，
故答案為：K₂FeO₄在0℃時的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄��；
（3）①K₂FeO₄溶液具有強氧化性，準確量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到錐形瓶中應在酸式滴定管中量取，
故答案為：酸式滴定管；
②在強堿性溶液中，用過量CrO₂^-與FeO₄^2-反應生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，鉻元素化合價+3價變化為+6價，鐵元素+6價變化為+3價，結(jié)合電子守恒和電荷守恒配平得到離子方程式為：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-，
故答案為：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
③加入二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂標準溶液滴定至終點溶液顯紫紅色，不加指示劑因為K₂Cr₂O₇溶液為橙色、Fe³⁺的溶液為黃色，顏色變化不明顯，
故答案為：否，因為K₂Cr₂O₇溶液為橙色、Fe³⁺的溶液為黃色，顏色變化不明顯；
④CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，得到定量關系為：
2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，
2                                            6
n                                   0.0300L×0.1000mol/L
n=0.001mol，
100ml溶液中含有0.001mol×$\frac{100ml}{25ml}$=0.004mol，
測定該樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.004mol×198g/mol}{1.0g}$×100%=79.2%，
故答案為：79.2%；
（4）A．圖象分析可知pH=2時，溶液中存在物料守恒，存在形式為：H₃FeO₄⁺、H₂FeO₄、HFeO₄^-，所以0.1mol•L^-1的K₂FeO₄溶液中存在物料守恒為：c（H₃FeO₄⁺）+c（H₂FeO₄）+c（HFeO₄^-）=0.1mol•L^-1，故A正確；
B．向pH=10的這種溶液中加硫酸銨溶液水解顯酸性，圖象變化可知，根據(jù)圖片知，改變?nèi)芤旱膒H，當溶液由pH=10降至pH=4的過程中，HFeO₄^-的分布分數(shù)先增大后減小，故B錯誤；
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，HI具有還原性，發(fā)生反應的有氫離子、碘離子被氧化為碘單質(zhì)，反應的離子方程式錯誤，故C錯誤；
D．將K₂FeO₄晶體溶于水，不同PH值時，溶液中鐵元素的存在形態(tài)及種數(shù)不相同，堿性溶液中存在FeO₄^2-，F(xiàn)eO₄^2-屬于弱酸陰離子水溶液中呈弱堿性，故D正確．
故答案為：A、D；

點評 本題考查學生閱讀題目獲取信息的能力、對工藝流程的理解與條件的控制、對物質(zhì)的量濃度理解等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力，注意基礎知識的掌握．