Question

10．高氯酸钾广泛用于火箭及热电池等领域．实验室制取高氯酸钾的步骤为：
称取一定质量的KCl、NaClO₄，溶解后混合，经冷却、过滤、滤出晶体用蒸馏水多次洗涤及真空干燥得到，有关物质溶解度与温度的关系如下表：

温度 溶解度 化学式	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃
KClO4	0.76	1.06	1.68	2.56	3.73
KCl	28	31.2	34.2	37.2	40.1
NaClO4	167	183	201	222	245

（1）写出实验室制取高氯酸钾的化学方程式NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；用蒸馏水多次洗涤晶体的目的是尽可能除去溶解度较大的杂质．
（2）热电池是以熔盐作电解质，利用热源使其溶化而激活得一次储备电池．Li/FeS₂热电池工作时，Li转变为硫化锂，FeS₂转变为铁，该电池工作时，电池总反应为FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S．
（3）Fe和KClO₄反应放出的热量能为熔融盐电池提供550-660℃的温度，使低熔点盐熔化导电，从而激活电池，其供热原理为：KClO₄ （s）+4Fe（s）═KCl （s）+4FeO（s），△H＜0．
①600℃时FeO可部分分解生成Fe3O4，写出有关的化学方程式4FeO=Fe₃O₄+Fe．
②称取一定质量上述加热材料反应后的混合物（假定只含氯化钾一种钾盐）于烧杯中，用蒸馏水充分洗涤、过滤、干燥，固体质量减少了0.43g，在固体中继续加入过量的稀硫酸，微热让其充分反应，固体完全溶解得到的溶液中加入过量的NaOH溶液，经过滤、洗净、干燥，再在空气中充分灼烧得6.0 g棕色固体．求该加热材料反应前，铁和高氯酸钾的质量．（写出计算过程，结果保留2位有效数字）该加热材料反应前铁和高氯酸钾的质量分别为4.2g、0.80g．

Answer 1

分析 （1）依据题干信息和图表中溶解度大小分析判断写出反应化学方程式；洗涤晶体的目的是洗去晶体表面的杂质；
（2）依据题干信息“Li转变为硫化锂，FeS₂转变为铁”配平写出电池总反应；
（3）①依据反应物和产物结合原子守恒写出化学方程式；
②依据题干得到棕色固体为Fe₂O₃，铁的质量可以依据元素守恒计算得到；KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；反应中KClO₄和氯化钾物质的量相同，质量减少为氯化钾质量．

解答 解：（1）实验室制取高氯酸钾的步骤为：称取一定质量的KCl、NaClO₄溶解，然后混合，氯酸钾溶解度小于氯酸钠，反应得到氯酸钾，反应的化学方程式为NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；经冷却、过滤、滤出晶体用蒸馏水多次洗涤及真空干燥得到；洗涤的目的是洗去晶体表面的杂质，
故答案为：NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；尽可能除去溶解度较大的杂质；
（2）Li/FeS₂热电池工作时，Li转变为硫化锂，FeS₂转变为铁，该电池工作时失电子的做负极发生氧化反应，得到电子的发生还原反应，电池反应为：FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S，
故答案为：FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S；
（3）①600℃时FeO可部分分解生成Fe₃O₄，依据元素守恒计算得到出生成四氧化三铁外还有铁，依据原子守恒配平可得4FeO=Fe₃O₄+Fe，
故答案为：4FeO=Fe₃O₄+Fe；
②反应过程中的反应为：KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；用蒸馏水充分洗涤、过滤、干燥，固体质量减少了0.43g，减少的固体质量是氯化钾的质量，n（KClO₄）=n（KCl），在固体中继续加入过量的稀硫酸，微热让其充分反应，固体完全溶解得到的溶液中加入过量的NaOH溶液，经过滤、洗净、干燥，再在空气中充分灼烧得6.0g棕色固体．固体是Fe₂O₃，n（Fe）=2n（Fe₂O₃），得到：m（Fe）=n（Fe）×56 g•mol^-1=$\frac{6.0g}{160g/mol}$×2×56 g•mol^-1=4.2g，
m（KClO₄）=n（KClO₄）×138.5 g•mol^-1=n（KCl）×138.5 g•mol^-1=$\frac{0.43g}{74.5g/mol}$×138.5 g•mol^-1=0.80g，
故答案为：该加热材料反应前铁和高氯酸钾的质量分别为4.2g、0.80g．

点评 本题考查了物质制备反应的应用，铁及其化合物性质的应用，数据分析应用，溶解度变化的反应原理，原电池原理应用，混合物和反应化学方程式的计算应用，题目难度中等．