Question

18．高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種新型、高效、多功能水處理劑．
（1）工業(yè)上還可用電解濃NaOH溶液的方法制Na₂FeO₄．
①若電解所需的濃NaOH溶液為16mol/L，則在實(shí)驗(yàn)室配制450mL該濃度的NaOH溶液需稱取NaOH固體320.0g，配制過程所需玻璃儀器是燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管．
②電解濃NaOH溶液制備Na₂FeO₄，其工作原理如圖所示：陽極的電極反應(yīng)式是Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；可循環(huán)使用的物質(zhì)是NaOH溶液，理由是水電離的H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使陰極區(qū)c（NaOH）增大，故NaOH可以循環(huán)使用．
（2）測定某K₂FeO₄樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：
步驟1：準(zhǔn)確稱量1.0g樣品，配制100mL溶液，
步驟2：準(zhǔn)確量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到錐形瓶中
步驟3：在強(qiáng)堿性溶液中，用過量CrO₂^-與FeO₄^2-反應(yīng)生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步驟4：加稀硫酸，使CrO₄^2-轉(zhuǎn)化為Cr₂O₇^2-，CrO₂^-轉(zhuǎn)化為Cr³⁺，F(xiàn)e（OH）₃轉(zhuǎn)化為Fe³⁺
步驟5：加入二苯胺磺酸鈉作指示劑，用0.1000mol•L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)（溶液顯紫紅色），記下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積．
做3次平行實(shí)驗(yàn)，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的體積30.00mL．
已知：滴定時發(fā)生的反應(yīng)為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
①寫出步驟3中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-．
②步驟5中加指示劑，原因是Cr₂O₇^2-溶液為橙色，F(xiàn)e³⁺溶液為黃色，顏色變化不明顯．
③根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，測定該樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.2%．（K₂FeO₄-198）

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)n=CV和m=nM來計(jì)算；根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的步驟是計(jì)算、稱量、溶解、移液、洗滌、定容、搖勻來選擇使用的儀器；
②依據(jù)陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-結(jié)合堿性環(huán)境來寫出電極方程式；根據(jù)OH^-在陽極被消耗，而在陰極會生成來分析；
（2）①CrO₂^-與FeO₄^2-反應(yīng)生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，根據(jù)化合價(jià)的升降結(jié)合溶液環(huán)境可寫；
②K₂Cr₂O₇溶液為橙色、Fe³⁺的溶液為黃色；
③CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，依據(jù)反應(yīng)的定量關(guān)系和鉻元素守恒計(jì)算．

解答 解：（1）①所需的NaOH的物質(zhì)的量n=cV=16mol/L×0.5L=8mol，質(zhì)量m=nM=8mol×40g/mol=320.0g；根據(jù)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的步驟是計(jì)算、稱量、溶解、移液、洗滌、定容、搖勻可知所需的儀器為天平、燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管，其中玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：320.0；燒杯、玻璃棒、500mL容量瓶、膠頭滴管；
②陽極是鐵，故陽極上鐵放電生成FeO₄^2-，由于是堿性環(huán)境，故電極方程式為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；在電解時，水電離的H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使陰極區(qū)c（NaOH）增大，故NaOH可以循環(huán)使用；
故答案為：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；NaOH溶液；水電離的H⁺在陰極放電：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極區(qū)，使陰極區(qū)c（NaOH）增大，故NaOH可以循環(huán)使用；
（2）①CrO₂^-與FeO₄^2-反應(yīng)生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，離子方程式為：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
故答案為：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
②步驟5中加指示劑，原因是Cr₂O₇^2-溶液為橙色，F(xiàn)e³⁺溶液為黃色，顏色變化不明顯；
故答案為：Cr₂O₇^2-溶液為橙色，F(xiàn)e³⁺溶液為黃色，顏色變化不明顯；
③CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，得到定量關(guān)系為：
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，
測定該樣品中K₂FeO₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.004mol×198g/mol}{1.0g}$×100%=79.2%，
故答案為：79.2%．

點(diǎn)評 本題考查了Na₂FeO₄的制備、化學(xué)平衡、溶液的配制以及電極反應(yīng)的書寫，物質(zhì)含量測定等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．