Question

4．K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O〔三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體〕是制備負(fù)載型活性鐵催化劑的主要原料，也是一些有機(jī)反應(yīng)很好的催化劑．圖1是在實(shí)驗(yàn)室制備K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：

回答下列問題：
（1）步驟Ⅰ中加入稀硫酸的目的是抑制Fe²⁺水解．步驟Ⅱ中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為一可逆過程，其離子方程式為Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺．常溫下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=14.4[已知常溫下：K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10-2、K_a2（H₂C₂O₄）=5.4×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]
（2）下列試劑均可將FeC₂O₄氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最適宜作為“試劑a”的是c（填序號(hào)）
a．氯水b．酸性KMnO₄溶液c． H₂O₂溶液d．稀硝酸
（3）使用托盤天平稱量制得的K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的質(zhì)量．天平平衡時(shí)，右盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量為20g．游碼示數(shù)如圖2所示，則制得晶體的質(zhì)量為21.9g，該實(shí)驗(yàn)中K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的產(chǎn)率為44.6%．（已知：K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量為491，F(xiàn)eSO₄•7H₂O的相對(duì)分子質(zhì)量為278）

（4）某研究小組將K₃[Fe（C₂O₄）₃〕在一定條件下加熱分解后，利用圖3所示裝置（可重復(fù)使用）確認(rèn)所得含碳元素的氣體產(chǎn)物為CO和CO₂．按氣流從左到右的方向，裝置的連接順序?yàn)镈CDBAD（填裝置序號(hào)）；確認(rèn)氣體產(chǎn)物中含CO的現(xiàn)象為A中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后D中澄清石灰水變渾濁．

Answer 1

分析 制備K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：硫酸亞鐵加入稀硫酸抑制Fe²⁺水解，硫酸亞鐵與草酸反應(yīng)生成草酸亞鐵沉淀，用過氧化氫將草酸亞鐵氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，加入草酸溶液煮沸后，一定條件下結(jié)晶得到K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O晶體．
（1）亞鐵離子在水溶液中水解，加入稀硫酸抑制水解；步驟Ⅱ中發(fā)生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本質(zhì)為亞鐵離子和草酸生成草酸亞鐵的沉淀，根據(jù)其離子反應(yīng)方程式結(jié)合K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10^-2、K_a2（H₂C₂O₄）=5.4×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]書寫該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（2）雙氧水為綠色氧化劑，反應(yīng)后煮沸即可過量的雙氧水；
（3）被測物體的質(zhì)量等于砝碼的總質(zhì)量與游碼所對(duì)刻度之和．根據(jù)鐵原子守恒計(jì)算出理論K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O質(zhì)量，產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%；
（4）先用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，多余的二氧化碳用NaOH溶液吸收，再用澄清石灰水檢驗(yàn)是否吸收完全，然后干燥，剩余的氣體通過灼熱的CuO，最后用澄清石灰水檢驗(yàn)生成的產(chǎn)物．

解答 解：（1）步驟Ⅰ中：亞鐵離子在水溶液中水解：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，溶解的過程中要加入幾滴稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解，步驟Ⅱ中發(fā)生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本質(zhì)為亞鐵離子和草酸生成草酸亞鐵的沉淀，所以離子反應(yīng)為：Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺，化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）×c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}}$=$\frac{5.6×1{0}^{-2}×5.4×1{0}^{-5}}{2.1×1{0}^{-7}}$=14.4；
故答案為：抑制Fe²⁺水解；Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺；14.4；
（2）將FeC₂O₄氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最適宜作為“試劑a”是H₂O₂溶液，反應(yīng)為 2FeC₂O₄+H₂O₂+3K₂C₂O₄+H₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]↓+2H₂O，溫度較高時(shí)，H₂O₂分解，反應(yīng)后煮沸即可過量的雙氧水，其它氧化劑引入雜質(zhì)，
故答案為：C；
（3）在天平的標(biāo)尺上，1g之間有10個(gè)小格，一個(gè)小格代表的質(zhì)量是0.1g，即天平的分度值為0.1g；被測物體的質(zhì)量為20g+1.9g=21.9g，27.6克FeSO₄•7H₂O，物質(zhì)的量為$\frac{27.6g}{276g/mol}$=0.1mol，根據(jù)鐵原子守恒，理論生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的物質(zhì)的量為0.1mol，質(zhì)量為：0.1mol×491g/mol=49.1g，產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%=$\frac{21.9g}{49.1g}$×100%≈44.6%，
故答案為：21.9；44.6%；
（4）某研究小組將K₃[Fe（C₂O₄）₃〕在一定條件下加熱分解后，利用圖3所示裝置（可重復(fù)使用）確認(rèn)所得含碳元素的氣體產(chǎn)物為CO和CO₂，先用D中的澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，然后多余的二氧化碳用C中的NaOH溶液吸收，再用D中澄清石灰水檢驗(yàn)是否吸收完全，然后通過B中的濃硫酸干燥，剩余的氣體通過灼熱的CuO，CO與CuO反應(yīng)生成二氧化碳，最后二氧化碳通過D中澄清石灰水，則儀器連接順序?yàn)椋篋CDBAD，若A中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后D中澄清石灰水變渾濁，說明含有CO；
故答案為：DCDBAD；A中黑色粉末變?yōu)榧t色，其后D中澄清石灰水變渾濁．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)過程分析判斷，把握發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)操作為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力和計(jì)算能力的考查，注意信息與所學(xué)知識(shí)的結(jié)合，題目難度中等．