Question

10．Ⅰ．為證明Fe³⁺具有較強的氧化性，甲同學做了如下實驗：將Cu片放入0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液中，觀察到Cu片逐漸溶解，溶液由黃色變?yōu)樗{綠色，由此甲同學得到Fe³⁺具有較強氧化性的結論．
乙同學提出了不同的看法：“Fe（NO₃）₃溶液具有酸性，在此酸性條件下NO₃^-也能氧化Cu”，并設計實驗進行探究．已知：

水解反應	平衡常數(shù)（K）
Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+	7.9×10-4
Fe2++2H2O?Fe（OH）2+2H+	3.2×10-10
Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+	3.2×10-7

請回答：（1）請利用所提供的試劑，幫助乙同學完成實驗方案設計．
試劑：0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液、Cu片、精密pH試紙（0.5～5.0）、5mol/L硝酸鈉溶液、0.5mol/L硝酸鈉溶液、0.1mol/L稀鹽酸、蒸餾水．
方案測定硝酸鐵溶液的pH，再用硝酸鈉溶液和稀鹽酸配制成與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同的溶液，將銅片加入到該溶液中，觀察二者是否反應．
（2）丙同學分別實施了甲、乙兩位同學的實驗方案，并在實驗過程中用pH計監(jiān)測溶液pH的變化，實驗記錄如下．

實驗內容	實驗現(xiàn)象
甲同學的實驗方案	溶液逐漸變成藍綠色，pH略有上升
乙同學的實驗方案	無明顯現(xiàn)象，pH沒有明顯變化．

①據(jù)實驗現(xiàn)象寫出發(fā)生反應的離子方程式：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．
②導致實驗過程中溶液pH略有上升的可能原因是Fe³⁺變?yōu)镃u²⁺和Fe²⁺，水解能力下降．
③解釋乙同學的實驗現(xiàn)象在此酸性條件下NO₃^-不能氧化Cu．
（3）請你設計更簡便可行的實驗方案，幫助甲同學達到實驗目的將銅片放入0.5mol/L氯化鐵溶液中．
Ⅱ．聚合氯化鐵鋁（簡稱PAFC），其化學通式為[Fe_xAl_y（OH）_aCl_b•zH₂O]_m．某同學為測定其組成，進行如下實驗：①準確稱取4.505 0g樣品，溶于水，加入足量的稀氨水，過濾，將濾渣灼燒至質量不再變化，得到2.330 0g固體．②另準確稱取等質量樣品溶于水，在溶液中加入適量Zn粉和稀硫酸，將Fe³⁺完全還原為Fe²⁺．用0.100 0mol•L^-1標準KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗標準溶液的體積為20.00mL．③另準確稱取等質量樣品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.305 0g白色沉淀．（相對原子質量或式量：Fe-56  Al-27  Cl-35.5  O-16  H-1  Fe₂O₃-160  Al₂O₃-102  AgCl-143.5  H₂O-18）
（4）若滴定管在使用前未用KMnO₄標準溶液潤洗，測得的Al³⁺含量將偏低（填“偏高”“偏低”或“不變”）．
（5）通過計算確定PAFC的化學式[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O（寫出計算過程；不要求寫出反應方程式；m為聚合度，不必求出）．

Answer 1

分析 （1）鐵離子水解呈酸性，如驗證乙同學的看法是否正確，可測定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸鈉溶液中滴加鹽酸，與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同，加入銅觀察是否反應；
（2）甲同學的實驗方案中溶液逐漸變成藍綠色，pH略有上升，說明鐵離子氧化銅，注意比較離子水解的程度；乙同學的實驗方案無明顯現(xiàn)象，pH沒有明顯變化，說明不反應；
（3）如證明鐵離子氧化銅，可排除硝酸根離子的影響，應用其它可溶性鐵鹽；
（4）若滴定管在使用前未用標準溶液潤洗，相當于用的標準液的濃度偏小，所以用到的體積偏高，測得待測液中亞鐵離子的濃度偏大，即鐵離子偏大；
（5）①稱取樣品溶于水，加入足量的稀氨水，過濾，將濾渣灼燒至質量不再變化，得到2.3300g固體是氧化鋁和氧化鐵；
②另準確稱取等質量樣品溶于水，在溶液中加入適量Zn粉和稀硫酸，將Fe³⁺完全還原為Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1標準KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗標準溶液的體積為20.00mL，根據(jù)KMnO₄～5Fe²⁺～5Fe³⁺，可以計算鐵離子的量，根據(jù)①結合元素守恒計算Al元素的含量；
③另準確稱取等質量樣品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.3050g白色沉淀即AgCl沉淀，可以計算Cl元素的量．

解答 解：（1）鐵離子水解呈酸性，如驗證乙同學的看法是否正確，可測定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸鈉溶液中滴加鹽酸，與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同，做法是測定硝酸鐵溶液的pH，再用硝酸鈉溶液和稀鹽酸配制成與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同的溶液，將銅片加入到該溶液中，觀察二者是否反應，
故答案為：測定硝酸鐵溶液的pH，再用硝酸鈉溶液和稀鹽酸配制成與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同的溶液，將銅片加入到該溶液中，觀察二者是否反應；
（2）①甲同學的實驗方案中溶液逐漸變成藍綠色，pH略有上升，說明鐵離子氧化銅，反應的離子方程式為：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，
故答案為：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
②因Fe³⁺ 變?yōu)镃u²⁺和Fe²⁺，水解能力下降，導致實驗過程中溶液pH略有上升，
故答案為：Fe³⁺變?yōu)镃u²⁺和Fe²⁺，水解能力下降；
③乙同學的實驗方案無明顯現(xiàn)象，pH沒有明顯變化，說明不反應，
故答案為：在此酸性條件下NO₃^-不能氧化Cu；
（3）如證明鐵離子氧化銅，可排除硝酸根離子的影響，應用其它可溶性鐵鹽，將銅片放入0.5mol/L氯化鐵溶液中，
故答案為：將銅片放入0.5mol/L氯化鐵溶液中；
（4）若滴定管在使用前未用標準溶液潤洗，相當于用的標準液的濃度偏小，所以用到的體積偏高，測得待測液中亞鐵離子的濃度偏大，即鐵離子偏大，測得的Al³⁺含量將偏低，
故答案為：偏低；
（5）①稱取樣品溶于水，加入足量的稀氨水，過濾，將濾渣灼燒至質量不再變化，得到2.3300g固體是氧化鋁和氧化鐵；
②另準確稱取等質量樣品溶于水，在溶液中加入適量Zn粉和稀硫酸，將Fe³⁺完全還原為Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1標準KMnO₄溶液滴定Fe²⁺，消耗標準溶液的體積為20.00mL，根據(jù)KMnO₄～5Fe²⁺～5Fe³⁺，則Fe³⁺的物質的量是0.5×20×10^-3mol=0.01mol，氧化鐵的質量是：0.01mol×0.5×160g/mol=0.8g，氧化鋁質量為：2.33g-0.8g=1.53g，所以Al³⁺的物質的量是：n（Al³⁺）=2n（Al₂O₃）=2×$\frac{1.53g}{102g/mol}$=0.03mol，
③另準確稱取等質量樣品，用硝酸溶解后，加入足量AgNO₃溶液，得到4.3050g白色沉淀即AgCl沉淀，則n（Cl^-）=n（AgCl）=$\frac{4.3050g}{143.5g/mol}$=0.03mol，
根據(jù)電荷守恒：3n（Fe³⁺）+3n（Al³⁺）=n（Cl^-）+n（OH^-），所以n（OH^-）=0.01mol×3+0.03mol×3-0.03mol=0.09mol，
n（H₂O）=$\frac{4.5050-m（F{e}^{3+}）-m（A{l}^{3+}）-m（C{l}^{-}）-m（O{H}^{-}）}{18g/mol}$=0.03mol，
綜上可知：n（Fe³⁺）：n（Al³⁺）：n（Cl^-）：n（OH^-）：n（H₂O）=1：3：3：9：3，
所以PAFC的化學式為：[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O，
故答案為：[FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O]_m或FeAl₃（OH）₉Cl₃•3H₂O．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計，題目難度較大，涉及實驗方案的設計與評價、中和滴定、復雜化學式計算等知識，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力，（5）為易錯點，注意掌握復雜化學式的確定方法．