Question

19．磷酸铁（FePO₄•2H₂O，难溶于水的米白色固体）可用于生成药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料，实验室可通过下列实验制备磷酸铁．
（1）钢铁锈蚀是目前难以解决的现实问题，电化学腐蚀最为普遍．写出在潮湿空气中钢铁发生吸氧锈蚀时正极的电极反应式：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-．铁锈的主要成分是Fe₂O₃（填写化学式），将生锈的铁屑放入H₂SO₄溶液中充分溶解后，在溶液中并未检测出Fe³⁺，用离子方程式说明原因：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（2）称取一定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤，反应加热的目的是加快Fe和稀硫酸的反应速率．
（3）向滤液中加入一定量H₂O₂氧化Fe²⁺．为确定加入H₂O₂的量，需先用K₂Cr₂O₇标准溶液滴定滤液中的Fe²⁺，离子方程式如下：
Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O．
①在向滴定管注入K₂Cr₂O₇标准溶液前，滴定管需要检漏、用蒸馏水洗和用标准液润洗2-3次，应选用酸式滴定管．
②若滴定xmL滤液中的Fe²⁺，消耗amol•L^-1 K₂Cr₂O₇标准溶液bmL，则滤液中c（Fe²⁺）=$\frac{6ab}{x}$ mol•L^-1
③为使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，下列实验条件控制正确的是A、B（填序号）．
A．加入适当过量的H₂O₂溶液         B．缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌
C．加热，使反应在较高温度下进行   D．用氨水调节pH=7．

Answer 1

分析 本题以实验室制备磷酸铁为载体，探究铁在潮湿的空气里发生吸氧腐蚀得到氧化铁的原理、溶液里Fe³⁺和Fe²⁺的转化及检验、以及利用氧化还原反应原理进行滴定测定溶液里Fe²⁺的浓度，还考查了通过升温、搅拌等可以加快反应速率等理论，据此可作答；
（1）铁在潮湿的空气里很容易发生电化学腐蚀，主要是吸氧腐蚀，正极上氧气得电子被还原，铁锈的主要成份是氧化铁，用硫酸溶解生锈有铁屑时，氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁，铁与硫酸铁反应生成硫酸亚铁，如果铁过量，溶液里应该没有
+3价铁；
（2）结合影响反应速率的影响因素可知温度越高，反应速率越快；
（3）①K₂Cr₂O₇溶液具有强氧化性，应装在酸式滴定管中，注入前酸式滴定管要检漏、水洗，最后再用标准的K₂Cr₂O₇溶液润湿；
②根据Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之间的关系式计算亚铁离子物质的量，再计算得到浓度；
③为使滤液中的Fe²⁺完全被H₂O₂氧化，加入的氧化剂要过量，且使反应物充分反应．

解答 解：（1）铁在潮湿的空气里发生吸氧腐蚀，正极电极反应式为O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-，生成的铁锈主要成份是Fe₂O₃，将生锈的铁屑放入H₂SO₄溶液中充分溶解后，因过量的铁能将+3价的铁还原成+2价，因此反应后的溶液里不一定有Fe3+，发生反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，故答案为：O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-；Fe₂O₃；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）温度越高，反应速率越快，所以反应加热的目的是加快铁与稀硫酸反应速率，故答案为：加快Fe和稀硫酸的反应速率；
（3）①向滴定管注入K₂Cr₂O₇标准溶液前，滴定管需要检漏、用蒸馏水洗，为防止滴定管附着的水稀释标准液，还需要用用标准液润洗2-3次，K₂Cr₂O₇溶液具有强氧化性，能氧化橡胶管，需要盛放在酸式滴定管中，故答案为：用标准液润洗2-3次；酸式；
②若滴定v mL滤液中的Fe²⁺，消耗a mol•L^-1 KMnO₄标准溶液b mL，Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
根据Fe²⁺和K₂Cr₂O₇之间的关系式得c（Fe²⁺）=$\frac{amol/L×b×1{0}^{-3}L×6}{v×1{0}^{-3}L}$=$\frac{6ab}{x}$mol/L，故答案为：$\frac{6ab}{x}$；
③A、加入适当过量的H₂O₂溶液，导致铁离子能完全反应，故A正确；
B、缓慢滴加H₂O₂溶液并搅拌，反应物接触面积增大，能使铁离子完全反应，故B正确；
C、加热，使反应在较高温度下进行，虽然反应速率加快，但能促进亚铁离子水解而产生杂质，故C错误；
D、用氨水调节溶液pH=7，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁杂质，故错误；
故答案为：A、B．

点评 本题以铁及其化合物为载体考查了物质的制备，涉及氧化还原反应、实验操作、反应速率的影响因素等知识点，根据物质之间的关系式、实验操作的规范性、影响反应速率的因素等知识点来分析解答，题目难度中等．