Question

4．铁单质及其化合物在生活生产中应用广泛．
（l）硫酸铁可作絮凝剂，常用于净水，其原理是（用离子方程式表示）Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺．
（2）已知25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，该温度下反应Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O的平衡常数K2.79×10³
（3）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到浮选净化的作用．某研究小组设计装置如图所示．

①装置B中通入空气的电极反应是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-
②装置A中，阳极的电极反应式分别为  Fe-2e^-=Fe²⁺、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
③实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣．此时，应向污水中加入适量的c
a．H₂SO₄    b．BaSO₄  c．Na₂SO₄    d．NaOH  e．CH₃CH₂OH
（4）工业催化剂K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O是翠绿色晶体，在421～553℃时，分解为Fe₂O₃、K₂CO₃、CO、CO₂、H₂O．实验室由草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O）、草酸钾（K₂C₂O₄）、草酸（H₂C₂O₄）和双氧水（H₂O₂）混合制备．
①制备过程要防止草酸被H₂O₂氧化，请写出草酸被H₂O₂氧化的化学方程式H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O．
②配合物的稳定性可以用稳定常数K来衡量，如Cu²⁺+4NH₃?[Cu（NH₃）₄]²⁺，其稳定常数表达式为：K=$\frac{c[Cu（N{H}_{3}{）_{4}}^{2+}]}{c（C{u}^{2+}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$．已知：[Fe（C₂O₄）₃]^3-的稳定常数K_l=10²⁰，Fe（SCN）₃的稳定常数K₂=2×10³，请设计检验K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中铁元素的方案取适量晶体加热，取固体残留物溶解在H₂SO₄中，取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈血红色则有铁元素，反之则无．

Answer 1

分析 （l）三价铁水解生成的氢氧化铁胶体具有净水作用；
（2）根据反应Fe（OH）₃+3H+?Fe³⁺+3H₂O的平衡常数K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（Fe（OH）_{3}）}{{K}_{w}}$计算；
（3）B能自发的进行氧化还原反应，为原电池，通入甲烷的电极为负极，发生氧化反应，负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，通入空气的一极为正极，发生还原反应，正极反应为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；A有外接电源，属于电解池，电解池中Fe和碳棒为阳极，发生Fe-2e^-=Fe²⁺，Al为阴极，阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，二价铁离子具有还原性，能被氧气氧化到正三价，4Fe²⁺+10H₂O+O₂=4Fe（OH）₃↓+8H⁺，据此分析解答．
①通入空气的一极为正极，发生还原反应；
②A有外接电源，属于电解池，根据阳极电极材料和离子的放电顺序考虑放电的离子，并书写电极反应式；
③能使导电能力增强的电解质必须是易溶于水的，且只能是中性的；
（4）①草酸被H₂O₂氧化生成水和二氧化碳；
②K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的铁为亚铁离子，而铁离子遇KSCN溶液变为血红色．

解答 解：（1）氯化铁为强酸弱碱盐，在水中发生水解，三价铁水解生成的氢氧化铁胶体具有净水作用，原理方程式为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺；
（2）已知25℃时，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O的平衡常数K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（Fe（OH）_{3}）}{{K}_{w}}$=$\frac{2.79×1{0}^{-39}}{（1×1{0}^{-14}）^{3}}$=2.79×10³，
故答案为：2.79×10³；
（3）①通入空气的一极为正极，发生还原反应，B中电解质为熔融碳酸盐，所以正极反应式为O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-； 
 ②电解时铁作阳极，因此主要发生Fe-2e^-=Fe²⁺，同时也发生副反应，即溶液中的OH^-失电子被氧化生成O₂，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；      
③保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）₃沉淀时，加入的使导电能力增强的电解质必须是可溶于水的、显中性的盐，所以c符合，
故答案为：c；
（4）①草酸被H₂O₂氧化生成水和二氧化碳，该反应为H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O，
故答案为：H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O；
②K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的铁为亚铁离子，则不能用KSCN溶液检验K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的铁元素，检验铁元素的方案为取适量晶体加热，取固体残留物溶解在H₂SO₄中，取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液．若溶液呈血红色则有铁元素，反之则无，
故答案为：取适量晶体加热，取固体残留物溶解在H₂SO₄中，取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈血红色则有铁元素，反之则无．

点评 本题考查知识点较多，涉及盐类水解、沉淀溶解平衡、原电池和电解池原理、离子检验等知识，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确原电池和电解池区别、各个电极上发生的反应、转移电子守恒是解本题关键，题目难度中等．