Question

10．Ⅰ．为证明Fe³⁺具有较强的氧化性，甲同学做了如下实验：将Cu片放入0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液中，观察到Cu片逐渐溶解，溶液由黄色变为蓝绿色，由此甲同学得到Fe³⁺具有较强氧化性的结论．
乙同学提出了不同的看法：“Fe（NO₃）₃溶液具有酸性，在此酸性条件下NO₃^-也能氧化Cu”，并设计实验进行探究．已知：

水解反应	平衡常数（K）
Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+	7.9×10-4
Fe2++2H2O?Fe（OH）2+2H+	3.2×10-10
Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+	3.2×10-7

请回答：（1）请利用所提供的试剂，帮助乙同学完成实验方案设计．
试剂：0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液、Cu片、精密pH试纸（0.5～5.0）、5mol/L硝酸钠溶液、0.5mol/L硝酸钠溶液、0.1mol/L稀盐酸、蒸馏水．
方案测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应．
（2）丙同学分别实施了甲、乙两位同学的实验方案，并在实验过程中用pH计监测溶液pH的变化，实验记录如下．

实验内容	实验现象
甲同学的实验方案	溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升
乙同学的实验方案	无明显现象，pH没有明显变化．

①据实验现象写出发生反应的离子方程式：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．
②导致实验过程中溶液pH略有上升的可能原因是Fe³⁺变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降．
③解释乙同学的实验现象在此酸性条件下NO₃^-不能氧化Cu．
（3）请你设计更简便可行的实验方案，帮助甲同学达到实验目的将铜片放入0.5mol/L氯化铁溶液中．
Ⅱ．聚合氯化铁铝（简称PAFC），其化学通式为[Fe_xAl_y（OH）_aCl_b•zH₂O]_m．某同学为测定其组成，进行如下实验：①准确称取4.505 0g样品，溶于水，加入足量的稀氨水，过滤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到2.330 0g固体．②另准确称取等质量样品溶于水，在溶液中加入适量Zn粉和稀硫酸，将Fe³⁺完全还原为Fe²⁺．用0.100 0mol•L^-1标准KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗标准溶液的体积为20.00mL．③另准确称取等质量样品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.305 0g白色沉淀．（相对原子质量或式量：Fe-56  Al-27  Cl-35.5  O-16  H-1  Fe₂O₃-160  Al₂O₃-102  AgCl-143.5  H₂O-18）
（4）若滴定管在使用前未用KMnO₄标准溶液润洗，测得的Al³⁺含量将偏低（填“偏高”“偏低”或“不变”）．
（5）通过计算确定PAFC的化学式[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O（写出计算过程；不要求写出反应方程式；m为聚合度，不必求出）．

Answer 1

分析 （1）铁离子水解呈酸性，如验证乙同学的看法是否正确，可测定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸钠溶液中滴加盐酸，与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同，加入铜观察是否反应；
（2）甲同学的实验方案中溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升，说明铁离子氧化铜，注意比较离子水解的程度；乙同学的实验方案无明显现象，pH没有明显变化，说明不反应；
（3）如证明铁离子氧化铜，可排除硝酸根离子的影响，应用其它可溶性铁盐；
（4）若滴定管在使用前未用标准溶液润洗，相当于用的标准液的浓度偏小，所以用到的体积偏高，测得待测液中亚铁离子的浓度偏大，即铁离子偏大；
（5）①称取样品溶于水，加入足量的稀氨水，过滤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到2.3300g固体是氧化铝和氧化铁；
②另准确称取等质量样品溶于水，在溶液中加入适量Zn粉和稀硫酸，将Fe³⁺完全还原为Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1标准KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗标准溶液的体积为20.00mL，根据KMnO₄～5Fe²⁺～5Fe³⁺，可以计算铁离子的量，根据①结合元素守恒计算Al元素的含量；
③另准确称取等质量样品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.3050g白色沉淀即AgCl沉淀，可以计算Cl元素的量．

解答 解：（1）铁离子水解呈酸性，如验证乙同学的看法是否正确，可测定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸钠溶液中滴加盐酸，与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同，做法是测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应，
故答案为：测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应；
（2）①甲同学的实验方案中溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升，说明铁离子氧化铜，反应的离子方程式为：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，
故答案为：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
②因Fe³⁺ 变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降，导致实验过程中溶液pH略有上升，
故答案为：Fe³⁺变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降；
③乙同学的实验方案无明显现象，pH没有明显变化，说明不反应，
故答案为：在此酸性条件下NO₃^-不能氧化Cu；
（3）如证明铁离子氧化铜，可排除硝酸根离子的影响，应用其它可溶性铁盐，将铜片放入0.5mol/L氯化铁溶液中，
故答案为：将铜片放入0.5mol/L氯化铁溶液中；
（4）若滴定管在使用前未用标准溶液润洗，相当于用的标准液的浓度偏小，所以用到的体积偏高，测得待测液中亚铁离子的浓度偏大，即铁离子偏大，测得的Al³⁺含量将偏低，
故答案为：偏低；
（5）①称取样品溶于水，加入足量的稀氨水，过滤，将滤渣灼烧至质量不再变化，得到2.3300g固体是氧化铝和氧化铁；
②另准确称取等质量样品溶于水，在溶液中加入适量Zn粉和稀硫酸，将Fe³⁺完全还原为Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1标准KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗标准溶液的体积为20.00mL，根据KMnO₄～5Fe²⁺～5Fe³⁺，则Fe³⁺的物质的量是0.5×20×10^-3mol=0.01mol，氧化铁的质量是：0.01mol×0.5×160g/mol=0.8g，氧化铝质量为：2.33g-0.8g=1.53g，所以Al³⁺的物质的量是：n（Al³⁺）=2n（Al₂O₃）=2×$\frac{1.53g}{102g/mol}$=0.03mol，
③另准确称取等质量样品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.3050g白色沉淀即AgCl沉淀，则n（Cl^-）=n（AgCl）=$\frac{4.3050g}{143.5g/mol}$=0.03mol，
根据电荷守恒：3n（Fe³⁺）+3n（Al³⁺）=n（Cl^-）+n（OH^-），所以n（OH^-）=0.01mol×3+0.03mol×3-0.03mol=0.09mol，
n（H₂O）=$\frac{4.5050-m（F{e}^{3+}）-m（A{l}^{3+}）-m（C{l}^{-}）-m（O{H}^{-}）}{18g/mol}$=0.03mol，
综上可知：n（Fe³⁺）：n（Al³⁺）：n（Cl^-）：n（OH^-）：n（H₂O）=1：3：3：9：3，
所以PAFC的化学式为：[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O，
故答案为：[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O．

点评 本题考查了性质实验方案的设计，题目难度较大，涉及实验方案的设计与评价、中和滴定、复杂化学式计算等知识，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力，（5）为易错点，注意掌握复杂化学式的确定方法．