Question

4．鐵單質(zhì)及其化合物在生活生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛．
（l）硫酸鐵可作絮凝劑，常用于凈水，其原理是（用離子方程式表示）Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（2）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，該溫度下反應(yīng)Fe（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O的平衡常數(shù)K2.79×10³
（3）電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法，保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用．陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去（或撇掉）浮渣層，即起到浮選凈化的作用．某研究小組設(shè)計裝置如圖所示．

①裝置B中通入空氣的電極反應(yīng)是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-
②裝置A中，陽極的電極反應(yīng)式分別為  Fe-2e^-=Fe²⁺、4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
③實驗時若污水中離子濃度較小，導(dǎo)電能力較差，產(chǎn)生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣．此時，應(yīng)向污水中加入適量的c
a．H₂SO₄    b．BaSO₄  c．Na₂SO₄    d．NaOH  e．CH₃CH₂OH
（4）工業(yè)催化劑K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O是翠綠色晶體，在421～553℃時，分解為Fe₂O₃、K₂CO₃、CO、CO₂、H₂O．實驗室由草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O）、草酸鉀（K₂C₂O₄）、草酸（H₂C₂O₄）和雙氧水（H₂O₂）混合制備．
①制備過程要防止草酸被H₂O₂氧化，請寫出草酸被H₂O₂氧化的化學(xué)方程式H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O．
②配合物的穩(wěn)定性可以用穩(wěn)定常數(shù)K來衡量，如Cu²⁺+4NH₃?[Cu（NH₃）₄]²⁺，其穩(wěn)定常數(shù)表達式為：K=$\frac{c[Cu（N{H}_{3}{）_{4}}^{2+}]}{c（C{u}^{2+}）{c}^{4}（N{H}_{3}）}$．已知：[Fe（C₂O₄）₃]^3-的穩(wěn)定常數(shù)K_l=10²⁰，F(xiàn)e（SCN）₃的穩(wěn)定常數(shù)K₂=2×10³，請設(shè)計檢驗K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中鐵元素的方案取適量晶體加熱，取固體殘留物溶解在H₂SO₄中，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈血紅色則有鐵元素，反之則無．

Answer 1

分析 （l）三價鐵水解生成的氫氧化鐵膠體具有凈水作用；
（2）根據(jù)反應(yīng)Fe（OH）₃+3H+?Fe³⁺+3H₂O的平衡常數(shù)K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（Fe（OH）_{3}）}{{K}_{w}}$計算；
（3）B能自發(fā)的進行氧化還原反應(yīng)，為原電池，通入甲烷的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，通入空氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；A有外接電源，屬于電解池，電解池中Fe和碳棒為陽極，發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，Al為陰極，陰極的電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，二價鐵離子具有還原性，能被氧氣氧化到正三價，4Fe²⁺+10H₂O+O₂=4Fe（OH）₃↓+8H⁺，據(jù)此分析解答．
①通入空氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)；
②A有外接電源，屬于電解池，根據(jù)陽極電極材料和離子的放電順序考慮放電的離子，并書寫電極反應(yīng)式；
③能使導(dǎo)電能力增強的電解質(zhì)必須是易溶于水的，且只能是中性的；
（4）①草酸被H₂O₂氧化生成水和二氧化碳；
②K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的鐵為亞鐵離子，而鐵離子遇KSCN溶液變?yōu)檠�紅色．

解答 解：（1）氯化鐵為強酸弱堿鹽，在水中發(fā)生水解，三價鐵水解生成的氫氧化鐵膠體具有凈水作用，原理方程式為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（2）已知25℃時，K_sp[Fe（OH）₃]=2.79×10^-39，F(xiàn)e（OH）₃+3H⁺?Fe³⁺+3H₂O的平衡常數(shù)K=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$=$\frac{c（F{e}^{3+}）}{{c}^{3}（{H}^{+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{{K}_{sp}（Fe（OH）_{3}）}{{K}_{w}}$=$\frac{2.79×1{0}^{-39}}{（1×1{0}^{-14}）^{3}}$=2.79×10³，
故答案為：2.79×10³；
（3）①通入空氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，B中電解質(zhì)為熔融碳酸鹽，所以正極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，
故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-； 
 ②電解時鐵作陽極，因此主要發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時也發(fā)生副反應(yīng)，即溶液中的OH^-失電子被氧化生成O₂，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；      
③保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）₃沉淀時，加入的使導(dǎo)電能力增強的電解質(zhì)必須是可溶于水的、顯中性的鹽，所以c符合，
故答案為：c；
（4）①草酸被H₂O₂氧化生成水和二氧化碳，該反應(yīng)為H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O，
故答案為：H₂C₂O₄+H₂O₂=2CO₂↑+2H₂O；
②K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的鐵為亞鐵離子，則不能用KSCN溶液檢驗K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O中的鐵元素，檢驗鐵元素的方案為取適量晶體加熱，取固體殘留物溶解在H₂SO₄中，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液．若溶液呈血紅色則有鐵元素，反之則無，
故答案為：取適量晶體加熱，取固體殘留物溶解在H₂SO₄中，取上層清液于試管中，滴加KSCN溶液，若溶液呈血紅色則有鐵元素，反之則無．

點評 本題考查知識點較多，涉及鹽類水解、沉淀溶解平衡、原電池和電解池原理、離子檢驗等知識，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析計算能力，明確原電池和電解池區(qū)別、各個電極上發(fā)生的反應(yīng)、轉(zhuǎn)移電子守恒是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．