Question

13．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能水处理剂．
（1）工业上的湿法制备方法是用KClO与Fe（OH）₃在KOH存在下制得K₂FeO₄，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2．
（2）实验室用食盐、废铁屑、硫酸、KOH等为原料，通过以下过程（图1）制备K₂FeO₄：

①操作（I）的方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，隔绝空气减压干燥．
②检验产生X气体的方法是用带火星的木条接触气体．
③最终在溶液中得到K2FeO4晶体利用的原理是K₂FeO₄在0℃时的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄小．
（3）测定某K₂FeO₄样品的质量分数，实验步骤如下：
步骤1：准确称量1.0g样品，配制100mL溶液，
步骤2：准确量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到锥形瓶中
步骤3：在强碱性溶液中，用过量CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步骤4：加稀硫酸，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，CrO₂^-转化为Cr³⁺，Fe（OH）₃转化为Fe³⁺
步骤5：加入二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂标准溶液滴定至终点（溶液显紫红色），记下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积，做3次平行实验，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积30.00mL．
已知：滴定时发生的反应为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
①步骤2中准确量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到锥形瓶中所用的仪器是酸式滴定管．
②写出步骤3中发生反应的离子方程式CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-．
③步骤5中能否不加指示剂否，原因是因为K₂Cr₂O₇溶液为橙色、Fe³⁺的溶液为黄色，颜色变化不明显．
④根据上述实验数据，测定该样品中K₂FeO₄的质量分数为79.2%．
（4）配制0.1mol•L^-1的K₂FeO₄，调节溶液pH，含铁离子在水溶液中的存在形态如图2所示．下列说法正确的是AD （填字母）．

A．pH=2时，c（H₃FeO₄⁺）+c（H₂FeO₄）+c（HFeO₄^-）=0.1mol•L^-1
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸铵，则HFeO₄^-的分布分数逐渐增大
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，发生反应的离子方程式为：
H₂FeO₄+H⁺═H₃FeO₄⁺
D．将K₂FeO₄晶体溶于水，水溶液呈弱碱性．

Answer 1

分析 （1）湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄），则FeO₄^2-为产物，Fe（OH）₃为反应物，化合价升高总共3价，由电子转移守恒可知，ClO^-为反应物，Cl^-为生成物，化合价降低共2将，化合价升降最小公倍数为6，故Fe（OH）₃的系数为2，FeO₄^2-的系数为2，ClO^-的系数为3，Cl^-的系数为3，根据电荷守恒可知，OH^-为反应物，系数为4，由元素守恒可知H₂O为生成物，其系数为5，依据化学方程式定量关系计算；
（2）电解熔融氯化钠得到氯气和金属钠，钠在空气中燃烧生成过氧化钠，废铁屑加入稀硫酸加热反应得到硫酸亚铁溶液，通过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤得到硫酸亚铁晶体，隔绝空气减压干燥得到硫酸亚铁固体，硫酸亚铁固体和过氧化钠混合反应得到固体Na₂FeO₄，Na₂SO₄，Na₂O，利用溶解度差异加入氢氧化钾溶液结晶得到K₂FeO₄，同时发出其X为O₂，
①操作Ⅰ是硫酸亚铁溶液中得到硫酸亚铁晶体的过程需要蒸发浓缩，冷却结晶过滤洗涤，隔绝空气减压干燥得到硫酸亚铁固体；
②过程分析可知X为氧气；
③最终在溶液中得到K₂FeO₄晶体是利用K₂FeO₄在0℃时的溶解度下得到；
（3）步骤1：准确称量1.0g样品，配制100mL溶液，
步骤2：准确量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到锥形瓶中
步骤3：在强碱性溶液中，用过量CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步骤4：加稀硫酸，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，CrO₂^-转化为Cr³⁺，Fe（OH）₃转化为Fe³⁺
步骤5：加入二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂标准溶液滴定至终点（溶液显紫红色），记下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积，做3次平行实验，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积30.00mL．
①K₂FeO₄溶液具有强氧化性，应在酸式滴定管中量取；
②在强碱性溶液中，用过量CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式；
③K₂Cr₂O₇溶液为橙色、Fe³⁺的溶液为黄色；
④CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，依据反应的定量关系和铬元素守恒计算；
（4）A．PH=2时结合物料守恒分析判断；
B．根据图片知，改变溶液的pH，当溶液由pH=10降至pH=4的过程中，HFeO₄^-的分布分数先增大后减小；
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，HI具有还原性被高铁酸氧化；
D．不同PH值时，溶液中铁元素的存在形态及种数不相同，碱性溶液中存在FeO₄^2-；

解答 解：（1）湿法制备高铁酸钾（K₂FeO₄），则FeO₄^2-为产物，Fe（OH）₃为反应物，化合价升高总共3价，由电子转移守恒可知，ClO^-为反应物，Cl^-为生成物，化合价降低共2将，化合价升降最小公倍数为6，故Fe（OH）₃的系数为2，FeO₄^2-的系数为2，ClO^-的系数为3，Cl^-的系数为3，根据电荷守恒可知，OH^-为反应物，系数为4，由元素守恒可知H₂O为生成物，其系数为5，离子方程式为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为3：2，
故答案为：3：2；
（2）①操作（I）是溶液中得到硫酸亚铁晶体的方法为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤；
②过程分析可知X为氧气，检验氧气的方法为：用带火星的木条接触气体，余烬的木条复燃证明是氧气，
故答案为：用带火星的木条接触气体；
③最终在溶液中得到K₂FeO₄晶体利用的原理是K₂FeO₄在0℃时的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄小，可以在饱和溶液中先析出晶体，
故答案为：K₂FeO₄在0℃时的溶解度比Na₂FeO₄、NaOH、KOH、Na₂SO₄小；
（3）①K₂FeO₄溶液具有强氧化性，准确量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到锥形瓶中应在酸式滴定管中量取，
故答案为：酸式滴定管；
②在强碱性溶液中，用过量CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，铬元素化合价+3价变化为+6价，铁元素+6价变化为+3价，结合电子守恒和电荷守恒配平得到离子方程式为：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-，
故答案为：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
③加入二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.1000mol•L^-1 （NH₄）₂Fe（SO₄） ₂标准溶液滴定至终点溶液显紫红色，不加指示剂因为K₂Cr₂O₇溶液为橙色、Fe³⁺的溶液为黄色，颜色变化不明显，
故答案为：否，因为K₂Cr₂O₇溶液为橙色、Fe³⁺的溶液为黄色，颜色变化不明显；
④CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，得到定量关系为：
2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，
2                                            6
n                                   0.0300L×0.1000mol/L
n=0.001mol，
100ml溶液中含有0.001mol×$\frac{100ml}{25ml}$=0.004mol，
测定该样品中K₂FeO₄的质量分数=$\frac{0.004mol×198g/mol}{1.0g}$×100%=79.2%，
故答案为：79.2%；
（4）A．图象分析可知pH=2时，溶液中存在物料守恒，存在形式为：H₃FeO₄⁺、H₂FeO₄、HFeO₄^-，所以0.1mol•L^-1的K₂FeO₄溶液中存在物料守恒为：c（H₃FeO₄⁺）+c（H₂FeO₄）+c（HFeO₄^-）=0.1mol•L^-1，故A正确；
B．向pH=10的这种溶液中加硫酸铵溶液水解显酸性，图象变化可知，根据图片知，改变溶液的pH，当溶液由pH=10降至pH=4的过程中，HFeO₄^-的分布分数先增大后减小，故B错误；
C．向pH=1的溶液中加HI溶液，HI具有还原性，发生反应的有氢离子、碘离子被氧化为碘单质，反应的离子方程式错误，故C错误；
D．将K₂FeO₄晶体溶于水，不同PH值时，溶液中铁元素的存在形态及种数不相同，碱性溶液中存在FeO₄^2-，FeO₄^2-属于弱酸阴离子水溶液中呈弱碱性，故D正确．
故答案为：A、D；

点评 本题考查学生阅读题目获取信息的能力、对工艺流程的理解与条件的控制、对物质的量浓度理解等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力，注意基础知识的掌握．