Question

鐵及鐵的化合物用途非常廣泛．
（1）Fe₃O₄具有很好的磁性，是一種復(fù)雜的氧化物，在實(shí)驗(yàn)室可由Fe粉與

 

在高溫下通過(guò)置換反應(yīng)制得．
（2）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型非氯高效消毒劑，該化合物中鐵元素的化合價(jià)為

 

；
（3）Fe₂O₃在熔融狀態(tài)下與K₂O₂反應(yīng)生成K₂FeO₄，化學(xué)方程式是

 

；K₂FeO₄也可由FeCl₃與NaOH溶液、NaClO溶液反應(yīng)先制得Na₂FeO₄，然后在低溫下加入飽和KOH與Na₂FeO₄反應(yīng)，即可得到K₂FeO₄，由此推斷此溫度下Ksp（K₂FeO₄）

 

Ksp（Na₂FeO₄）（填“＞”、“＜”或“=”）．K₂FeO₄還可通過(guò)鐵作陽(yáng)極，石墨作陰極，電解KOH濃溶液制得，陽(yáng)極上可觀察到的現(xiàn)象是

 

，其電極反應(yīng)式為

 

，陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
（4）草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄?2H₂O）是生產(chǎn)鋰電池的原材料，某研究性學(xué)習(xí)小組稱(chēng)取3.60g草酸亞鐵晶體用熱重法對(duì)其進(jìn)行熱分解，得到剩余固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線(xiàn)如圖所示，300℃時(shí)剩余固體只有一種且是鐵的氧化物，列式計(jì)算該氧化物的化學(xué)式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：常見(jiàn)金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理,鐵的氧化物和氫氧化物

專(zhuān)題：

分析：（1）高溫下鐵粉與水蒸氣發(fā)生置換反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣；
（2）化合物中總化合價(jià)為0，可以根據(jù)鉀離子和氧元素的化合價(jià)計(jì)算出Fe元素的化合價(jià)；
（3）分析反應(yīng)前后元素化合價(jià)變化，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)變化相等配平該反應(yīng)；溶度積越小，在溶液中優(yōu)先析出，據(jù)此進(jìn)行判斷；根據(jù)電解原理：陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)、陰極發(fā)生還原反應(yīng)解答；
（4）3.60g草酸亞鐵晶體加熱后變成氧化物過(guò)程中鐵元素的質(zhì)量不變，可以先計(jì)算出3.60g草酸亞鐵晶體中Fe元素的質(zhì)量，然后得出得到的1.60g固體中氧元素的質(zhì)量，然后計(jì)算出鐵元素與氧元素的物質(zhì)的量之比，從而得出該氧化物的化學(xué)式．

解答： 解：（1）高溫下，鐵和水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)方程式為3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：水蒸氣；
（2）K₂FeO₄中鉀離子的化合價(jià)為+1價(jià)、氧元素的化合價(jià)為-2價(jià)，設(shè)鐵的化合價(jià)為x，則x+1×2+（-2）×4=0，解得：x=+6，
故答案為：+6；
（3）Fe₂O₃在熔融狀態(tài)下與K₂O₂反應(yīng)生成K₂FeO₄，氧化鐵中Fe元素的化合價(jià)為+3，中Fe元素的化合價(jià)為+6，則化合價(jià)變化為3，化合價(jià)至少變化為6；K₂O₂中氧元素的化合價(jià)為-1價(jià)，化合價(jià)至少變化2價(jià)，則化合價(jià)變化的最小公倍數(shù)為6，所以氧化鐵的系數(shù)為1、K₂O₂的系數(shù)為3，然后根據(jù)觀察法配平可得：Fe₂O₃+3K₂O₂=2K₂FeO₄+K₂O；
在低溫下向Na₂FeO₄溶液中加入飽和KOH溶液可得到K₂FeO₄，說(shuō)明K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄，所以Ksp（K₂FeO₄）＜Ksp（Na₂FeO₄）；
陽(yáng)極是鐵失電子在堿性溶液中發(fā)生氧化反應(yīng)生成FeO₄^2-，電極反應(yīng)為：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，所以陽(yáng)極鐵電解逐漸溶解；陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：Fe₂O₃+3K₂O₂=2K₂FeO₄+K₂O；＜；鐵電解逐漸溶解；Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（4）3.60g草酸亞鐵晶體中Fe元素的質(zhì)量為：3.60g×

56

180

=1.12g，300℃時(shí)固體質(zhì)量為1.60g，其中鐵元素的質(zhì)量為1.12g，則氧元素的質(zhì)量為：1.60g-1.12g=0.48g，則此時(shí)得到的氧化物中鐵元素與氧元素的物質(zhì)的量之比為：

1.12g

56g/mol

：

0.48g

16g/mol

=2：3，所以該氧化物為氧化鐵，化學(xué)式為：Fe₂O₃，
故答案為：Fe₂O₃．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了金屬及其化合物的性質(zhì)，題目難度較大，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，熟練掌握掌握電解原理、氧化還原反應(yīng)的配平方法為解答關(guān)鍵．