Question

20．草酸亞鐵為黃色固體，作為一種化工原料，可廣泛用于涂料、陶瓷、玻璃器皿等的著色劑以及新型電池材料、感光材料的生產．合成草酸亞鐵的流程如下：

（1）配制（NH₄）₂Fe（SO₄）_2•6H₂O溶液時，需加入少量稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺和NH₄⁺離子水解．
（2）將制得的產品（FeC₂O₄•2H₂O）在氬氣氣氛中進行加熱分解，結果如圖（TG%表示殘留固體質量占原樣品總質量的百分數）．

①則A→B發(fā)生反應的化學方程式為FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；
②已知B→C過程中有等物質的量的兩種氣態(tài)氧化物生成，寫出B→C的化學方程式FeC₂O₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑；
（3）某草酸亞鐵樣品中含有少量草酸銨．為了測定不純產品中草酸根的含量，某同學做了如下分析實驗：
Ⅰ．準確稱量m g樣品，溶于少量2mol/L硫酸中并用100mL容量瓶定容．
Ⅱ．取上述溶液20mL，用c mol/L高錳酸鉀標準溶液滴定，溶液變?yōu)榈�紫色，消耗高錳酸鉀溶液的體積為V₁mL．
Ⅲ．向上述溶液中加入足量Zn粉，使溶液中的Fe³⁺恰好全部還原為Fe²⁺，過濾，
Ⅳ．洗滌剩余的鋅粉和錐形瓶，洗滌液并入濾液
Ⅴ．用c mol/L KMnO₄溶液滴定該濾液至溶液出現淡紫色，消耗KMnO₄溶液的體積V₂mL．
回答下列問題：
①已知：草酸根（C₂O₄^2-）與酸性高錳酸鉀溶液反應，現象是有氣泡產生，紫色消失，寫出該反應的離子方程式：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O
②若省略步驟Ⅳ，則測定的草酸根離子含量偏大 （填“偏大”、“偏小”或“不變”）
③m g樣品中草酸根離子的物質的量為c（V₁-V₂）×10^-3×$\frac{25}{2}$mol（用c，V₁，V₂的式子表示，不必化簡）

Answer 1

分析 （1）溶液中亞鐵離子和銨根離子水解，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和NH₄⁺離子水解；
（2）①B點殘留固體質量占原樣品總質量的百分數位80%，損失20%，FeC₂O₄.2H₂O中結晶水的質量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應是FeC₂O₄.2H₂O加熱失去結晶水；
②由圖可知加熱生成C時，分解完全，假定草酸亞鐵晶體為180g，其物質的量為1mol，則C固體的質量為180g×40%=72g，鐵元素質量為1mol×56g/mol=56，故應含有氧元素為72g-56g=16g，即鐵原子與氧原子物質的量之比為1：1，應為FeO，B點到C點是FeC₂O₄分解的反應；
（3）根據實驗原理，2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，MnO₄^-+8H⁺+5Fe²⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，先用cmol/L高錳酸鉀標準溶液滴定樣品溶液，因為草酸根和亞鐵離子都能被高錳酸鉀標準溶液氧化，所以第一次消耗高錳酸鉀溶液的體積為V₁mL為氧化草酸根和亞鐵離子共同消耗，然后加入足量 Zn 粉，使溶液中的 Fe³⁺恰好全部還原為 Fe²⁺，再用c mol/L KMnO₄溶液滴定該濾液至溶液出現淡紫色，消耗KMnO₄溶液的體積V₂ mL即氧化二價鐵單獨消耗的，所以氧化草酸根消耗高錳酸鉀溶液的體積為（V₁-V₂ ）mL，據此分析．

解答 解：（1）溶液中亞鐵離子和銨根離子水都是弱堿陽離子，水解顯酸性，加入少量硫酸，抑制Fe²⁺和NH₄⁺離子水解，
故答案為：抑制Fe²⁺和NH₄⁺離子水解；
（2）①由圖可知，加熱生成B時剩余固體為80%，損失20%，FeC₂O₄.2H₂O中結晶水的質量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應是FeC₂O₄•2H₂O加熱失去結晶水，反應方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；
②由圖可知B加熱生成C時，分解完全，假定草酸亞鐵晶體為180g，其物質的量為1mol，則C固體的質量為180g×40%=72g，鐵元素質量為1mol×56g/mol=56，故應含有氧元素為72g-56g=16g，氧原子物質的量為1mol，即鐵原子與氧原子物質的量之比為1：1，應為FeO，依據氧化還原反應電子守恒分析計算，碳元素化合價從+3價變化為+2價和+3價，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，原子守恒配平寫出化學方程式；FeC₂O₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑，
故答案為：FeC₂O₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑；
（3）①草酸根（C₂O₄^2-）與酸性高錳酸鉀溶液反應，現象是有氣泡產生，紫色消失，該反應的離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O；
②根據以上分析，若省略步驟Ⅳ，則使二價鐵離子偏少，所以消耗高錳酸鉀溶液的體積也V₂ 偏小，則氧化草酸根消耗高錳酸鉀溶液的體積為（V₁-V₂ ）mL偏大，所以測定的草酸根離子含量也偏大，故答案為：偏大；
③根據以上分析，氧化草酸根消耗高錳酸鉀溶液的體積為（V₁-V₂ ）mL，又2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，所以mg樣品中草酸根離子的物質的量為c（V₁-V₂）×10^-3×$\frac{5}{2}$×$\frac{100ml}{20ml}$=c（V₁-V₂）×10^-3×$\frac{25}{2}$mol，
故答案為：c（V₁-V₂）×10^-3×$\frac{25}{2}$mol．

點評 本題考查較為綜合，涉及到方程式的書寫、實驗基本操作、滴定等計算，注意基礎實驗知識的積累，把握實驗步驟、原理和注意事項等問題，題目難度中等．