Question

1．聚合硫酸铁（简称PFS，化学式为[Fe（OH）_n（SO₄）_（3-n）/2]_m）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理．现用一定质量的铁的氧化物（如图）为原料来制取聚合硫酸铁，实验步骤如图：

（1）实验室用18.4mol•L^-1的浓硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需的玻璃仪器：250mL容量瓶、胶头滴管
（2）步骤II取样分析溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺的含量，目的是AC
A．确定下一步还原所需铁的量       B．控制溶液中Fe²⁺与Fe³⁺含量比
C．确定氧化Fe²⁺所需ClO₂的量      D．确保铁的氧化物酸溶完全
（3）写出步骤Ⅳ中用ClO₂氧化（还原产物为Cl^-） 时的离子方程式_5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O
（4）为了分析产品聚合硫酸铁溶液中SO${\;}_{4}^{2-}$与Fe³⁺物质的量之比，有人设计了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，白色沉淀经过过滤、洗涤、干燥后，称重，其质量为m g．
（b）另取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量铜粉，充分反应后过滤、洗涤，将滤液和洗液合并配成250mL溶液，取该溶液25.00mL，与0.1000mol/L  VmL KMnO₄酸性溶液恰好完全反应．
回答下列问题：
①根据（b）中步骤判断Cu²⁺、Fe²⁺、MnO${\;}_{4}^{-}$、Fe³⁺氧化性由强到弱的顺序MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺
②聚合硫酸铁中SO${\;}_{4}^{2-}$与Fe³⁺的物质的量之比为$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$（用含m、V的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）实验室用18.4mol•L^-1的浓硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所需的玻璃仪器有量筒、烧杯、玻璃棒、250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe²⁺，所以确定下一步还原所需铁的量，然后Fe²⁺再被ClO₂氧化为Fe³⁺；
（3）酸性条件下，ClO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，ClO₂被还原为Cl^-；
（4）①氧化剂氧化性强于氧化产物氧化性；
②mg白色沉淀为BaSO₄，由硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄），由原子守恒与电电子转移守恒可得关系式：5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-，根据关系式计算n（Fe³⁺）．

解答 解：（1）实验室用18.4mol•L^-1的浓硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，用量筒量取浓硫酸，在烧杯中溶解，并用玻璃棒搅拌，移入2500mL容量瓶，最后需要用胶头滴管定容，
故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）因为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe²⁺，所以确定下一步还原所需铁的量，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺，需要确定氧化Fe²⁺所需ClO₂的量，
故答案为：AC；
（3）酸性条件下，ClO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，ClO₂被还原为Cl^-，反应离子方程式为：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；
（4）①发生反应：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，氧化剂氧化性强于氧化产物氧化性，氧化性由强到弱的顺序：MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺，
故答案为：MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺；
②mg白色沉淀为BaSO₄，由硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{m}{233}$mol，由原子守恒与电电子转移守恒可得关系式：5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-，则n（Fe³⁺）=5n（MnO₄^-）=5×V×10^-3L×0.1mol/L×$\frac{250mL}{25mL}$，
n（SO₄^2-）：n（Fe³⁺）=$\frac{m}{233}$mol：5×V×10^-3L×0.1mol/L×$\frac{250mL}{25mL}$=$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$，
故答案为：$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$．

点评 本题以聚合硫酸铁的制备为载体，考查溶液配制、氧化还原反应配平、氧化性强弱比较、化学工艺流程等，是对学生综合能力的考查，难度中等．