Question

铁及铁的化合物在生产、生活中有着重要的用途．聚合硫酸铁（简称PFS）的化学式为
[Fe（OH）_n（SO₄） 

3-n

2

]_m是一种新型高效的水处理混凝剂，而高铁酸钾（其中铁的化合价为+6）是一种重要的杀菌消毒剂，某课题小组设计如下方案制备上述两种产品：

请回答下列问题：
（1）若A为NaClO₃与稀硫酸，写出其氧化Fe²⁺的离子方程式（还原产物为Cl^-）

 

．
（2）若B为KNO₃和KOH的混合物，写出其与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸鉀的化学方程式
并配平：□Fe₂O₃+□KNO₃+KOH-□

 

+□KNO₂+□

 

（3）操作Y包括：蒸发浓缩、冷却结晶、

 

等．
（4）为测定溶液I中铁元素的总含量，实验操作：准确量取20.00mL溶液I于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH＜3，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后，再用 0.1000mol?L^-1 Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL．
已知：2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂    2I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
①写出滴定选用的指示剂

 

，滴定终点观察到的现象

 

；
②溶液I中铁元素的总含量为

 

g?L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将会

 

 （填“偏高”“偏低”“不变”）．
（5）设计实验方案，检验溶液I中的Fe²⁺和Fe³⁺

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）溶液Ⅰ中含有亚铁离子，酸性条件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺为Fe³⁺，本身被还原为Cl^-，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平；
（2）若C为KKO₃和KOH的混合物，与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾，则缺项物质为K₂FeO₄和H₂O，根据得失电子相等、质量守恒配平；
（3）操作Y为从溶液中获得高铁酸钾，不能直接蒸干，需要通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到粗产品，然后再通过洗涤、干燥获得高铁酸钾；
（4）①反应原理中有碘单质生成和消耗，碘单质遇到淀粉显示蓝色，可选淀粉为指示剂；当碘单质完全反应后溶液由蓝色变为无色，据此判断滴定终点；
②根据反应2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-找出关系式Fe³⁺～S₂O₃^2-，然后根据关系式计算出铁离子的物质的量，再根据c=

n

V

计算出铁元素含量；根据双氧水对消耗S₂O₃^2-的物质的量的影响判断误差；
（5）检验溶液中的Fe³⁺可用KSCN溶液，检验溶液中的Fe²⁺可用酸性高锰酸钾溶液或K₃[Fe（CN）]₆溶液．

解答： 解：（1）根据题中流程可知，四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁，在溶液Ⅰ中含有亚铁离子，酸性条件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺为Fe³⁺，本身被还原为Cl^-，根据化合价升降相等配平，配平后的离子方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（2）KNO₃和KOH的混合物，写出其与Fe₂O₃加热共融制得K₂FeO₄，则缺项中有一种为K₂FeO₄，K₂FeO₄中铁元素化合价为+6，则亚铁离子从+3价变为+6价，化合价升高3价，化合价至少升高3×2=6价；KNO₃中N元素从+5降为KNO₂中的+3价，化合价降低2价，则化合价最小公倍数为6，所以氧化铁的系数为1，KNO₃的系数为3，然后根据质量守恒定律配平，配平后的方程式为：1Fe₂O₃+3KNO₃+4KOH=2K₂FeO₄+3KNO₂+2H₂O，
故答案为：1、3、4、2K₂FeO₄、3、2H₂O；
（3）操作Y是从高铁酸钾溶液中获得高铁酸钾固体，正确的方法为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：过滤、洗涤、干燥；
（4）①Fe³⁺氧化I^-生成I₂，淀粉遇碘变蓝，选择淀粉溶液作指示剂；当加入最后一滴硫代硫酸钠溶液时，蓝色消失，且半分钟不变色说明是终点，
故答案为：淀粉；溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色；
②由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，则n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，铁元素总含量为：

56g/mol×0.002mol

0.02L

=5.6g/L；
H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若过氧化氢没有除尽，则消耗硫代硫酸钠溶液体积偏大，所测结果偏高，
故答案为：5.6；偏高；
（5）由于Fe³⁺、Fe²⁺共存，所以要分开检验，则检验溶液I中Fe²⁺和Fe³⁺的方法为：取溶液Ⅰ少量于试管中，加入硫酸酸化，再加入高锰酸钾溶液，溶液颜色从深紫色变成黄色或变浅，则含有Fe²⁺（或取溶液Ⅰ少量于试管中，加入铁氰化钾溶液，有蓝色沉淀生成，则含有Fe²⁺）；
另取溶液Ⅰ少量于试管中，滴加硫氰化钾溶液，如果变为红色，证明含有铁离子，
故答案为：先加KSCN溶液，变血红色说明含有Fe³⁺，再取样滴加酸化的KMnO₄溶液褪色，说明含有Fe²⁺．

点评：本题考查了物质的制备方案的设计、常见离子的检验、氧化还原反应配平、化学计算等知识，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，是一道质量不错的试题，充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算、化学实验能力．