Question

鐵是應用最廣泛的金屬．鐵的鹵化物、氧化物及高價鐵的含氧酸鹽均為重要化合物．某暗紫色化合物A 可作為電極材料的新型超鐵電磁，因具有綠、高電壓和高能量的特點，近年來引起了電化學界的高度重視．在常溫和干燥的條件下，化合物A可以穩(wěn)定存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定，一段時間后轉化為紅褐色沉淀，同時產生一種氣體單質．為探究其成分，某學習興趣小組的同學取化合物A粉末進行試驗．經組成分析，該粉末僅含有O、K、Fe三種元素．另取3.96g化合物A的粉末溶于水，滴加足量稀硫酸，向反應后的溶液中加入含有0.08mol　KOH的溶液，恰好完全反應．過濾，將洗滌后的沉淀充分灼燒，得到紅棕色固體粉末1.60g；將所得濾液在一定條件下蒸發(fā)可得到一種純凈的不含結晶水的鹽10.44g．
（1）化合物A的化學式為

 

化合物A與H₂O反應的離子方程式為：

 

．
（2）化合物A可作為一種“綠色高效多功能”水處理劑，可由FeCl3和KClO在強堿性條件下反應制得，其反應的離子方程式為

 

（3）化合物A還可以作為高容量電池材料，與MnO₂-Zn電池類似，A-Zn也可以組成堿性電池，A在電池匯總作為正極材料，其電極反應式為

 

，該電池總反應的離子方程式為

 

．
（4）目前，人們針對化合物A的穩(wěn)定性進行了大量的探索，并取得了一定的進展．下列物質中有可能提高化合物A水溶液穩(wěn)定性的是

 

A．醋酸鈉    B．亞硫酸鈉   C．Fe（NO₃）₃   D．KOH
（5）請設計一個實驗方案，研究溫度對化合物A水溶液穩(wěn)定性的影響：

 

．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：

分析：（1）紅棕色粉末為氧化鐵，不含結晶水的鹽為硫酸鉀，根據數(shù)據計算出A中僅含有O、K、Fe三種元素的個數(shù)比，即得A的化學式；A不穩(wěn)定，生成的紅褐色沉淀為氫氧化鐵，氣體單質只能是氧氣，據鉀守恒，產物還有氫氧化鉀，由此寫出方程式配平即可；
（2）氫氧化鐵被次氯酸鉀氧化為高鐵酸鉀，次氯酸鉀被還原為氯化鉀，同時生成H₂O，由此寫出方程式配平即可；
（3）用FeCl₃與KClO在強堿性條件下反應制取K₂FeO₄，反應的離子方程式為2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．K₂FeO₄-Zn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極材料，負極為鋅失電子發(fā)生氧化反應，電極反應Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據產物和電子守恒寫出正極反應：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O→Fe（OH）₃+5OHˉ；有正極反應和負極反應合并得到電池反應．
（4）根據提給信息：在常溫和干燥的條件下，化合物A可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定等分析如何提高A水溶液穩(wěn)定性；
（5）固定其他條件，改變溫度，看析出沉淀的快慢．

解答： 解：（1）3.96g化合物A含鐵：

1.6g

160g/mol

×2=0.02mol，含鉀：

10.44g

174g/mol

×2-0.08mol=0.04mol，
含氧：

3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol

16g/mol

=0.08mol，
鉀、鐵、氧的個數(shù)比為：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故A的化學式為：K₂FeO₄；
高鐵酸鉀與水反應生成氧氣和Fe（OH）₃、氫氧化鉀，反應方程式為4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，離子方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：K₂FeO₄；4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）氫氧化鐵被次氯酸鉀氧化為高鐵酸鉀，次氯酸鉀被還原為氯化鉀，同時生成H₂O，反應的方程式方程式為3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O，
故答案為：3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O；
（3）原電池的負極發(fā)生氧化反應，正極電極反應式為：①FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；負極電極反應為：②Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；依據電極反應的電子守恒，①×2+②×3合并得到電池反應為：3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-，
故答案為：FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-；
（4）A．高鐵酸鉀在水溶液中不穩(wěn)定，醋酸鈉溶液顯堿性可以溫度存在，故A正確；
B．亞硫酸鈉具有還原性，會被高鐵酸鉀氧化，故B錯誤；
C．在常溫和干燥的條件下，高鐵酸鉀可以穩(wěn)定的存在，但它在水溶液中不穩(wěn)定，故C錯誤；
D．高鐵酸鉀在堿性條件下生成，故D正確；
故答案為：AD；
（5）固定其他條件，改變溫度，看析出沉淀的快慢，則設計實驗為取少量的樣品放入試管加水溶解，分成兩等份于兩試管中，分別放在冷水和熱水中，觀察生成紅褐色沉淀的快慢，
故答案為：取少量的樣品放入試管加水溶解，分成兩等份于兩試管中，分別放在冷水和熱水中，觀察生成紅褐色沉淀的快慢．

點評：本題考查學生閱讀題目獲取信息的能力、計算能力、設計實驗能力等，題目較難，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．