Question

1．鐵及其化合物有重要用途，如聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{\frac{3-n}{2}}$]_m是一種新型高效的水處理混凝劑，而高鐵酸鉀K₂FeO₄是一種新型、高效、多功能綠色水處理劑，某化學(xué)探究小組設(shè)計(jì)如下方案制備上述兩種產(chǎn)品，請(qǐng)回答下列問題：

（1）若A物質(zhì)為水，一定條件下可得鐵的固體氧化物Fe₃O₄，檢驗(yàn)Fe₃O₄中鐵的化合價(jià)，應(yīng)使用的試劑是ACD（填標(biāo)號(hào)）．
A．稀硫酸     B．稀硝酸    C．KSCN溶液    D．酸性高錳酸鉀溶液
（2）在溶液Ⅰ中加入NaClO₃，寫出其氧化Fe²⁺的離子方程式6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O．
（3）Fe₂O₃與KNO₃和KOH的混合物加熱共融可制得K₂FeO₄．完成并配平下列化學(xué)方程式：
□Fe₂O₃+□KNO₃+□KOH-□K₂FeO₄+□KNO₂+□H₂O
該反應(yīng)中的氧化劑是KNO₃，每生成1mol K₂FeO₄轉(zhuǎn)移3mol電子．
（4）為測(cè)定溶液I中鐵元素的總含量，實(shí)驗(yàn)操作：準(zhǔn)確量取20.00mL溶液I于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調(diào)節(jié)pH＜3，加熱除去過量H₂O₂；加入過量KI充分反應(yīng)后，再用 0.1000mol•L^-1 Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
已知：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂              I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-
①寫出滴定選用的指示劑淀粉，滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象溶液由藍(lán)色變無色且半分鐘不變色．
②溶液I中鐵元素的總含量為5.6g•L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，所測(cè)定的鐵元素的含量將會(huì)偏高（填“偏高”、“偏低”、“不變”）．

Answer 1

分析 本題以鐵為原料，制備聚合硫酸鐵和高鐵酸鉀，主要考查的是Fe³⁺和Fe²⁺的檢驗(yàn)，以及結(jié)合氧化還原反應(yīng)理論分析反應(yīng)原理并能用化學(xué)方程式或離子方程式表示，最后還利用滴定原理測(cè)定聚合硫酸鐵中鐵的含量，可結(jié)合關(guān)系式，借助原子守恒解題；
（1）欲檢驗(yàn)Fe₃O₄中鐵的化合價(jià)，需要用酸溶解形成溶液，再分別取樣檢驗(yàn)二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的存在；
（2）溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據(jù)得失電子相等、電荷守恒、質(zhì)量守恒配平；
（3）若C為KKO₃和KOH的混合物，與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀，則缺項(xiàng)物質(zhì)為K₂FeO₄和H₂O，根據(jù)得失電子相等、質(zhì)量守恒配平，反應(yīng)中KNO₃所含有元素化合價(jià)降低是氧化劑，每生成一個(gè)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6-3=3；
（4）①反應(yīng)原理中有碘單質(zhì)生成和消耗，碘單質(zhì)遇到淀粉顯示藍(lán)色，可選淀粉為指示劑；當(dāng)?shù)鈫钨|(zhì)完全反應(yīng)后溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色，據(jù)此判斷滴定終點(diǎn)；
②根據(jù)反應(yīng)2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-找出關(guān)系式Fe³⁺～S₂O₃^2-，然后根據(jù)關(guān)系式計(jì)算出鐵離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算出鐵元素含量；根據(jù)雙氧水對(duì)消耗S₂O₃^2-的物質(zhì)的量的影響判斷誤差．

解答 解：（1）因硝酸有強(qiáng)氧化性，只能選擇用稀硫酸溶解Fe₃O₄，將所得溶液取二份樣品，一份滴加KSCN溶液，溶液變血紅色，證明溶液里有Fe³⁺，另一份滴加酸性高錳鉀溶液，溶液紫色褪去，可知溶液里有Fe²⁺，由此推斷出Fe₃O₄中鐵的化合價(jià)有+2、+3二種，故答案為：ACD；
（2）根據(jù)題中流程可知，四氧化三鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵、硫酸亞鐵，在溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據(jù)化合價(jià)升降相等配平，配平后的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）KNO₃和KOH的混合物，寫出其與Fe₂O₃加熱共融制得K₂FeO₄，則缺項(xiàng)中有一種為K₂FeO₄，K₂FeO₄中鐵元素化合價(jià)為+6，則亞鐵離子從+3價(jià)變?yōu)?6價(jià)，化合價(jià)升高3價(jià)，化合價(jià)至少升高3×2=6價(jià)；KNO₃中N元素從+5降為KNO₂中的+3價(jià)，化合價(jià)降低2價(jià)，則化合價(jià)最小公倍數(shù)為6，所以氧化鐵的系數(shù)為1，KNO₃的系數(shù)為3，然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律配平，配平后的方程式為：Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O，氧化劑為KNO₃，每生成1mol K₂FeO₄轉(zhuǎn)移3mol電子，故答案為：1、3、2、K₂FeO₄、3、H₂O；HNO₃；3；
（4）①Fe³⁺氧化I^-生成I₂，淀粉遇碘變藍(lán)，選擇淀粉溶液作指示劑；當(dāng)加入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時(shí)，藍(lán)色消失，且半分鐘不變色說明是終點(diǎn)，故答案為：淀粉；溶液由藍(lán)色變無色且保持半分鐘不變色；
②由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，則n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，鐵元素總含量為$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；
H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若過氧化氫沒有除盡，則消耗硫代硫酸鈉溶液體積偏大，所測(cè)結(jié)果偏高，故答案為：5.6；偏高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備方案的設(shè)計(jì)、常見離子的檢驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)配平、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，是一道質(zhì)量結(jié)合的題目，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．