Question

4．K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O〔三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体〕是制备负载型活性铁催化剂的主要原料，也是一些有机反应很好的催化剂．图1是在实验室制备K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：

回答下列问题：
（1）步骤Ⅰ中加入稀硫酸的目的是抑制Fe²⁺水解．步骤Ⅱ中发生的主要化学反应为一可逆过程，其离子方程式为Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺．常温下，该反应的平衡常数K=14.4[已知常温下：K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10-2、K_a2（H₂C₂O₄）=5.4×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]
（2）下列试剂均可将FeC₂O₄氧化为K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最适宜作为“试剂a”的是c（填序号）
a．氯水b．酸性KMnO₄溶液c． H₂O₂溶液d．稀硝酸
（3）使用托盘天平称量制得的K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的质量．天平平衡时，右盘内砝码的总质量为20g．游码示数如图2所示，则制得晶体的质量为21.9g，该实验中K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的产率为44.6%．（已知：K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的相对分子质量为491，FeSO₄•7H₂O的相对分子质量为278）

（4）某研究小组将K₃[Fe（C₂O₄）₃〕在一定条件下加热分解后，利用图3所示装置（可重复使用）确认所得含碳元素的气体产物为CO和CO₂．按气流从左到右的方向，装置的连接顺序为DCDBAD（填装置序号）；确认气体产物中含CO的现象为A中黑色粉末变为红色，其后D中澄清石灰水变浑浊．

Answer 1

分析 制备K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：硫酸亚铁加入稀硫酸抑制Fe²⁺水解，硫酸亚铁与草酸反应生成草酸亚铁沉淀，用过氧化氢将草酸亚铁氧化为K₃[Fe（C₂O₄）₃]，加入草酸溶液煮沸后，一定条件下结晶得到K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O晶体．
（1）亚铁离子在水溶液中水解，加入稀硫酸抑制水解；步骤Ⅱ中发生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本质为亚铁离子和草酸生成草酸亚铁的沉淀，根据其离子反应方程式结合K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10^-2、K_a2（H₂C₂O₄）=5.4×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]书写该反应的平衡常数；
（2）双氧水为绿色氧化剂，反应后煮沸即可过量的双氧水；
（3）被测物体的质量等于砝码的总质量与游码所对刻度之和．根据铁原子守恒计算出理论K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O质量，产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$×100%；
（4）先用澄清石灰水检验二氧化碳，多余的二氧化碳用NaOH溶液吸收，再用澄清石灰水检验是否吸收完全，然后干燥，剩余的气体通过灼热的CuO，最后用澄清石灰水检验生成的产物．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中：亚铁离子在水溶液中水解：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，溶解的过程中要加入几滴稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解，步骤Ⅱ中发生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本质为亚铁离子和草酸生成草酸亚铁的沉淀，所以离子反应为：Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺，化学平衡常数为生成物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂乘积的比值，该反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）×c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}}$=$\frac{5.6×1{0}^{-2}×5.4×1{0}^{-5}}{2.1×1{0}^{-7}}$=14.4；
故答案为：抑制Fe²⁺水解；Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺；14.4；
（2）将FeC₂O₄氧化为K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最适宜作为“试剂a”是H₂O₂溶液，反应为 2FeC₂O₄+H₂O₂+3K₂C₂O₄+H₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]↓+2H₂O，温度较高时，H₂O₂分解，反应后煮沸即可过量的双氧水，其它氧化剂引入杂质，
故答案为：C；
（3）在天平的标尺上，1g之间有10个小格，一个小格代表的质量是0.1g，即天平的分度值为0.1g；被测物体的质量为20g+1.9g=21.9g，27.6克FeSO₄•7H₂O，物质的量为$\frac{27.6g}{276g/mol}$=0.1mol，根据铁原子守恒，理论生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的物质的量为0.1mol，质量为：0.1mol×491g/mol=49.1g，产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$×100%=$\frac{21.9g}{49.1g}$×100%≈44.6%，
故答案为：21.9；44.6%；
（4）某研究小组将K₃[Fe（C₂O₄）₃〕在一定条件下加热分解后，利用图3所示装置（可重复使用）确认所得含碳元素的气体产物为CO和CO₂，先用D中的澄清石灰水检验二氧化碳，然后多余的二氧化碳用C中的NaOH溶液吸收，再用D中澄清石灰水检验是否吸收完全，然后通过B中的浓硫酸干燥，剩余的气体通过灼热的CuO，CO与CuO反应生成二氧化碳，最后二氧化碳通过D中澄清石灰水，则仪器连接顺序为：DCDBAD，若A中黑色粉末变为红色，其后D中澄清石灰水变浑浊，说明含有CO；
故答案为：DCDBAD；A中黑色粉末变为红色，其后D中澄清石灰水变浑浊．

点评 本题考查了物质制备实验过程分析判断，把握发生的化学反应及实验操作为解答的关键，侧重分析能力和计算能力的考查，注意信息与所学知识的结合，题目难度中等．