Question

3．铁的许多化合物在水的净化处理工艺中有着广泛的应用．
Ⅰ．化合物甲是一种暗紫色有光泽的粉末，经组成分析，仅含有Fe、K、O三种元素．水溶性实验表明，化合物甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中会逐渐析出红褐色沉淀乙，同时放出一种具有 氧化性的无色单质气体丙．实验测得，当生成标准状况下2.24L气体丙时，会有14.3g沉淀乙析出．
（1）气体丙的电子式为；化合物甲与H₂O反应的离子方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）化合物甲被称为“绿色高效水处理剂”，用文字简要表述其处理水的原理是用高铁酸钾处理水时，+6价铁表现出强氧化性，能杀菌消毒，其还原产物为铁离子，水解生成氢氧化铁胶体，能吸附水中的悬浮杂质；
Ⅱ．氯化铁也是常见的水处理剂．下图为制备氯化铁及进一步氧化制备上述化合物甲的工艺流程．

（1）吸收剂X的化学式为FeCl₂；氧化剂Y的化学式为NaClO．
（2）碱性条件下反应①的离子方程式为3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
（3）过程②将混合溶液搅拌半小时，静置，抽滤获得粗产品．该反应的化学方程式为
2KOH+Na₂FeO₄→甲+2NaOH，该反应发生的原因最可能是A．
A．甲溶解度较Na₂FeO₄小，析出晶体，促进反应进行
B．甲比Na₂FeO₄难电离，是更弱的电解质
C．甲是配合物，而Na₂FeO₄是复盐
（4）结合上述信息，在提纯甲时采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用B（填序号）．
A．H₂O B．稀KOH溶液、异丙醇C．NH₄Cl溶液、异丙醇  D．Fe（NO₃）₃溶液、异丙醇
Ⅲ．可用滴定分析法测定K₂FeO₄的纯度，有关反应离子方程式为：
①FeO₄^2-?+CrO₂^-+2H₂O→CrO₄^2-?+Fe（OH）₃↓+OH^-?
②2CrO₄^2-?+2H⁺→Cr₂O₇^2-?+H₂O
③Cr₂O₇ ^2-+6Fe²⁺+14H⁺→2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
现称取1.980g粗高铁酸钾样品溶于适量氢氧化钾溶液中，加入稍过量的KCrO₂，充分反应后过滤，滤液定容于250mL容量瓶中．每次取25.00mL加入稀硫酸酸化，用0.1000mol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液滴定，三次滴定消耗标准溶液的平均体积为18.93mL．则上述样品中高铁酸钾的质量分数为63.1%．（答案用小数表示，保留3位小数）

Answer 1

分析 I．化合物甲仅含有Fe、K、O三种元素，甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中会逐渐析出红褐色沉淀乙，同时放出一种具有氧化性的无色单质气体丙，根据元素守恒可知丙为O₂，则红褐色沉淀为氢氧化铁，所以n（O₂）=0.1mol，n（氢氧化铁）=$\frac{14.3g}{107g/mol}$，设甲Fe元素的化合价为+x价，则（x-3）×$\frac{14.3g}{107g/mol}$=4×0.1mol，则x=6，即甲Fe元素的化合价为+6价，所以甲为K₂FeO₄；
（1）氧气中含有2个共用电子对，原子均满足8电子结构；K₂FeO₄与水反应生成氢氧化铁、氢氧化钾和氧气；
（2）根据+6价Fe的强氧化性和氢氧化铁胶体的吸附性分析；
II．氯气与铁反应生成三氯化铁，冷却得到三氯化铁固体，尾气中含有氯气，用氯化亚铁溶液吸收得到氯化铁溶液，把氯化铁固体溶于吸收液得到浓氯化铁溶液，氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，次氯酸钠具有强氧化性，与氯化铁溶液反应生成Na₂FeO₄，然后向该溶液中加饱和的KOH溶液，析出固体K₂FeO₄；
（1）根据流程分析判断；
（2）碱性条件下NaClO把铁离子氧化为铁酸根离子，反应①的离子方程式为3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）2KOH+Na₂FeO₄ =K₂FeO₄+2NaOH，反应能发生的原因K₂FeO₄的溶解度比Na₂FeO₄小而溶液中K⁺、FeO₄^2-的浓度比较大；
（4）洗涤时要尽可能的减少K₂FeO₄的损失，用KOH可以减少K₂FeO₄的溶解，用异丙醇可以洗去表面的水，而且异丙醇易挥发，低温烘干可以除去残留的异丙醇；
III．根据反应①②③可知：2FeO₄^2-～～～～6Fe²⁺，根据关系式计算出K₂FeO₄的物质的量和质量，再计算质量分数．

解答 解：I．化合物甲仅含有Fe、K、O三种元素，甲具有良好的水溶性，且溶解后所得溶液中会逐渐析出红褐色沉淀乙，同时放出一种具有氧化性的无色单质气体丙，根据元素守恒可知丙为O₂，则红褐色沉淀为氢氧化铁，所以n（O₂）=0.1mol，n（氢氧化铁）=$\frac{14.3g}{107g/mol}$，设甲Fe元素的化合价为+x价，则（x-3）×$\frac{14.3g}{107g/mol}$=4×0.1mol，则x=6，即甲Fe元素的化合价为+6价，所以甲为K₂FeO₄；
（1）氧气中含有2个共用电子对，原子均满足8电子结构，其电子式为；K₂FeO₄与水反应生成氢氧化铁、氢氧化钾和氧气，反应的离子方程式为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
故答案为：；4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）铁酸钾中Fe元素为+6价具有强氧化性，在水中能杀菌消毒，其还原产物为铁离子，能水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性，能吸附水中的悬浮杂质，从而起到净水的作用；
故答案为：用高铁酸钾处理水时，+6价铁表现出强氧化性，能杀菌消毒，其还原产物为铁离子，水解生成氢氧化铁胶体，能吸附水中的悬浮杂质；
II．氯气与铁反应生成三氯化铁，冷却得到三氯化铁固体，尾气中含有氯气，用氯化亚铁溶液吸收得到氯化铁溶液，把氯化铁固体溶于吸收液得到浓氯化铁溶液，氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，次氯酸钠具有强氧化性，与氯化铁溶液反应生成Na₂FeO₄，然后向该溶液中加饱和的KOH溶液，析出固体K₂FeO₄；
（1）根据流程分析可知吸收剂X的化学式为FeCl₂；氧化剂Y的化学式为NaClO，故答案为：FeCl₂；NaClO；
（2）碱性条件下根据反应物和产物可知，反应①的离子方程式为3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：3ClO^-+2Fe³⁺+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
（3）过程②的反应的化学方程式为2KOH+Na₂FeO₄ =K₂FeO₄+2NaOH，请根据相关反应原理分析反应能发生的原因K₂FeO₄的溶解度比Na₂FeO₄小而溶液中K⁺、FeO₄^2-的浓度比较大，故答案为：A；
（4）洗涤时要尽可能的减少K₂FeO₄的损失，用KOH可以减少K₂FeO₄的溶解，用异丙醇可以洗去表面的水，而且异丙醇易挥发，低温烘干可以除去残留的异丙醇，所以洗涤操作时最好选用稀KOH溶液、异丙醇，故答案为：B；
III．根据反应①②③可知：2FeO₄^2-～～～～6Fe²⁺，
                   1mol          3mol
                   n           0.1000mol/L×0.01893L
则n=6.31×10^-4mol，
所以样品中高铁酸钾的质量分数为$\frac{6.31×1{0}^{-4}mol×\frac{250}{25}×198g/mol}{1.98g}$×100%=63.1%；
故答案为：63.1%．

点评 本题考查了物质的制备流程的理解应用、实验基本操作、物质性质的分析应用、有关方程式的计算、氧化还原反应等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生的实验能力和对基础知识的综合应用能力，熟练掌握基础是关键，题目难度中等．