Question

铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。某实验小组设计了如下实验探究

某些含铁化合物的制备、组成、性质等。请按要求回答下列问题：

（1）铁的氯化物的制备与组成：在实验室中，FeCl₂可用________和盐酸反应制备，FeCl₃可用铁粉和

________反应制备。现有一含有FeCl₂和FeCl₃的混合物样品，测得n(Fe)∶n（Cl）=1∶2.2，则该样

品中FeCl₂和FeC1₃物质的量之比为__________。

（2）水处理剂和高容量电池材料――高铁酸钾（K₂F_eO₄）的制备与应用：

FeC1₃与KClO在强碱性条件下反应可制取K₂FeO₄，其反应的离子方程式为

________________________________________________________________________；

与MnO₂－Zn电池类似，K₂FeO₄－Zn也可以组成碱性电池，其正极电极反应式为

________________________________________________________________________。

（3）光敏材料三草酸合铁酸钾晶体（K₃[Fe(C₂O₄)₃］·xH₂O）中铁元素含量的测定：

步骤一：称量10.00 g三草酸合铁酸钾晶体，配制成250 mL溶液。

步骤二：取所配溶液25.00 mL于锥形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，滴加KMnO₄溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳。同时MnO被还原成Mn²⁺。向反应后的溶液中加入适量锌粉，至黄色刚好消失，所得溶液收集到锥形瓶中，此时溶液仍呈酸性。

步骤三：用0.0200 mol/L KMnO₄溶液滴定步骤二所得溶液至终点，消耗KMnO₄溶液20.02 mL，滴定中MnO还原成Mn²⁺。

重复步骤二、三操作，步骤三消耗0.0200 mol/L KMnO₄溶液19.98 mL。

①步骤一中除量筒、玻璃棒、烧杯外，还需要的玻璃仪器有____________________；步骤三滴定过程中盛装KMn₄溶液的仪器名称为___________；滴入最后一滴溶液时，锥形瓶中溶液变为_________色，静置半分钟溶液颜色不再变化，确认为滴定终点。

②步骤二加入锌粉的目的是_______________________________；

写出锌参与反应的离子方程式：____________________________________________。

③实验测得该晶体中铁元素的质量分数为____________。在步骤二中，若加入的KMnO₄溶液的量不足，则测得的铁元素含量____________。（填“偏低”“偏高”或“无影响”）

 

Answer 1

【答案】

（18分）（1）铁粉   氯气 （2分）；4∶1（2分）

（2）2Fe^3＋＋3ClO^－＋10OH^－＝2FeO₄^2－＋3Cl^－＋5H₂O（2分）

FeO₄^2－＋3e^－＋4H₂O＝Fe(OH)₃↓＋5OH^－（2分）

（3）①250ml容量瓶和胶头滴管（2分）；酸式滴定管  红（2分）

②将Fe^3＋还原成Fe^2＋（1分）；Zn＋2Fe^3＋＝Zn^2＋＋2Fe^2＋（2分）  ③11.2%（2分）  偏高（1分）

【解析】

试题分析：（1）铁是变价金属，与强氧化剂反应生成＋3价铁，与弱氧化剂反应生成＋2价铁，所以在实验室中，FeCl₂可用铁和盐酸反应制备，FeCl₃可用铁粉和氯气反应制备。设样品中FeCl₂和FeC1₃物质的量分别是x 和y，则根据混合物n(Fe)∶n（Cl）＝1∶2.2可知，（x＋y）:（2x＋3y）＝1∶2.2，解得x∶y＝4∶1。

（2）FeC1₃与KClO在强碱性条件下反应可制取K₂FeO₄，在反应中氯元素的化合价从＋1价降低到—1价，得到2个电子。铁元素的化合价从＋3价升高到＋6价，失去3个电子，即还原剂与氧化剂的物质的量之比是2:3，因此该反应的离子方程式为2Fe^3＋＋3ClO^－＋10OH^－＝2FeO₄^2－＋3Cl^－＋5H₂O；原电池种正极得到电子，所以在K₂FeO₄－Zn碱性电池中，锌是负极，K₂FeO₄是正极，所以正极电极反应式为FeO₄^2－＋3e^－＋4H₂O＝Fe(OH)₃↓＋5OH^－。

（3）①配制一定物质的量浓度溶液时，除量筒、玻璃棒、烧杯外，还需要的玻璃仪器有250ml容量瓶和定容的胶头滴管。由于高锰酸钾溶液极易强氧化性，且显酸性，所以步骤三滴定过程中盛装KMn₄溶液的仪器名称为酸式滴定管；酸性高锰酸钾溶液显红色，所以滴入最后一滴溶液时，锥形瓶中溶液变为红色，静置半分钟溶液颜色不再变化，确认为滴定终点。

②由于酸性高锰酸钾溶液也能把亚铁离子氧化生成铁离子，所以加入锌粉的作用是将Fe^3＋还原成Fe^2＋，反应的离子方程式为Zn＋2Fe^3＋＝Zn^2＋＋2Fe^2＋。

③两次实验中消耗0.0200 mol/L KMnO₄溶液的平均值＝（20.02 mL＋ 19.98 mL）÷2＝20.00ml，所以消耗高锰酸钾的物质的量是0.0200L×0.0200 mol/L＝0.0004mol。根据电子得失守恒可知，溶液中亚铁离子的物质的量＝0.0004mol×5＝0.0020mol，所以该晶体中铁元素的质量分数为×100%＝11.2%。在步骤二中，若加入的KMnO₄溶液的量不足，则可能导致草酸根剩余，从而导致第三步中消耗高锰酸钾溶液的体积增加，从而导致铁元素的含量偏高。

考点：考查铁及其化合物的性质；氧化还原反应方程式的配平；电极反应式的书写以及氧化还原滴定法的有关判断和计算等