Question

2．（Ⅰ）六种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示，其中R元素的最外层电子数是次外层电子数的一半，请回答下列问题：

X	Y	Z	M
R		W

（1）画出R的原子结构示意图．
（2）比较Z、W的简单氢化物沸点高低并说明原因沸点H₂O＞H₂S，由于H₂O分子之间存在氢键．
（3）W和Y形成的一种化合物甲的相对分子质量为184，其中Y的质量分数约为30%，则化合物甲的化学式为N₄S₄．
（Ⅱ）聚合硫酸铁简称聚铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m（n＞2，m≤10），是一种高效的无极高分子混凝剂，净水剂，实验室利用硫酸亚铁制取聚合硫酸铁的主要流程如下：

（4）FeSO₄溶液显弱酸性的原因是Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂（用离子方程式表示）
（5）加入浓硫酸调节pH的作用是：①抑制Fe²⁺水解；②提高H₂O₂的氧化能力（或促进Fe²⁺被氧化）．
（6）写出用上述流程得到某聚铁[Fe₂（OH）₄SO₄]₄的化学方程式8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄．
（7）测定聚铁中含铁量的方法为把聚铁溶于过量酸中，先用过量的SnCl₂将Fe³⁺还原成Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液除去过量的SnCl₂，然后用标准的K₂Cr₂O₇溶液（先加入几滴试亚铁灵指示剂）滴定溶液中的Fe²⁺．此过程发生的部分反应为：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^-═Hg₂Cl₂↓+SnCI₆^2-
Cr₂O₂^2-+14H⁺+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①用HgCl₂除去过量的SnCl₂的目的是防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差．
②称取聚铁质量为10.00g配成100.0mL溶液，取出20.00mL，经上述方法处理后，用0.1000mol•L^-1K₂Cr₂O₇标准溶液滴定，达到终点时，消耗K₂Cr₂O₇标准溶液12.80mL，则聚铁中铁元素的质量分数为21.5%．

Answer 1

分析 （I）由短周期元素在周期表中位置，可知X、Y、Z、M处于第二周期，R、W处于第三周期，R元素的最外层电子数是次外层电子数的一半，则最外层电子数为4，故R为Si，可推知X为C、Y为N、Z为O、W为S、M为F；
（Ⅱ）（4）亚铁离子发生水解，破坏水的电离平衡；
（5）根据亚铁离子在溶液中易水解及酸性条件下双氧水的氧化性增强进行分析；
（6）由流程图可知，硫酸亚铁、过氧化氢在酸性条件得到[Fe₂（OH）₄SO₄]₄，根据守恒可知，还生成H₂SO₄；
（7）①Sn²⁺能够还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差；
②根据Cr₂O₂^2-+14H⁺+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O计算出亚铁离子物质的量，利用Fe元素守恒计算聚铁中铁的质量分数．

解答 解：（I）由短周期元素在周期表中位置，可知X、Y、Z、M处于第二周期，R、W处于第三周期，R元素的最外层电子数是次外层电子数的一半，则最外层电子数为4，故R为Si，可推知X为C、Y为N、Z为O、W为S、M为F．
（1）R为Si元素，原子结构示意图为，故答案为：；
（2）由于H₂O分子之间存在氢键，故沸点H₂O＞H₂S，故答案为：沸点H₂O＞H₂S，由于H₂O分子之间存在氢键；
（3）S和N形成的一种化合物甲的相对分子质量为184，其中N元素的质量分数约为30%，则分子中N原子数目为$\frac{184×30%}{14}$=4，S原子数目为$\frac{184-14×4}{32}$=4，故化合物甲的化学式为N₄S₄，故答案为：N₄S₄；
（Ⅱ）（4）溶液中Fe²⁺离子发生水解：Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂，破坏水的电离平衡，溶液呈酸性，故答案为：Fe²⁺+2H₂O?2H⁺+Fe（OH）₂；
（5）亚铁离子在溶液中容易发生水解，加入浓硫酸，增大溶液中氢离子，可以抑制Fe²⁺水解，下一步需要加入双氧水氧化亚铁离子，双氧水在酸性条件下氧化性增强，加入浓硫酸后可以提高双氧水的氧化能力，
故答案为：抑制Fe²⁺水解；提高H₂O₂的氧化能力（或促进Fe²⁺被氧化）；
（6）由流程图可知，硫酸亚铁、过氧化氢在酸性条件得到[Fe₂（OH）₄SO₄]₄，根据守恒可知，还生成H₂SO₄，反应方程式为：8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄，
故答案为：8FeSO₄+4H₂O₂+8H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$[Fe₂（OH）₄SO₄]₄+4H₂SO₄；
（7）①Sn²⁺能够被Cr₂O₇^2-氧化，所以为防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差，需要用HgCl₂除去过量的SnCl₂，
故答案为：防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差；
②Cr₂O₂^2-+14  H⁺+6  Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
   1mol             6mol
0.1000mol/L×0.0128L   n
则：n=0.00768mol，
故聚铁中铁的质量分数为：$\frac{0.00768mol×\frac{100mL}{20mL}×56g/mol}{10.00g}$×100%=21.5%，
故答案为：21.5．

点评 本题属于拼合型题目，涉及物质制备实验方案的设计、结构位置性质关系应用，题目难度中等，试题综合性较强，充分考查了的学生的分析、理解能力及化学计算能力，难度中等．