Question

鐵及其化合物在生產和生活中有著廣泛的應用。某實驗小組設計了如下實驗探究
某些含鐵化合物的制備、組成、性質等。請按要求回答下列問題：
（1）鐵的氯化物的制備與組成：在實驗室中，F(xiàn)eCl₂可用________和鹽酸反應制備，F(xiàn)eCl₃可用鐵粉和
________反應制備�，F(xiàn)有一含有FeCl₂和FeCl₃的混合物樣品，測得n(Fe)∶n（Cl）=1∶2.2，則該樣
品中FeCl₂和FeC1₃物質的量之比為__________。
（2）水處理劑和高容量電池材料――高鐵酸鉀（K₂F_eO₄）的制備與應用：
FeC1₃與KClO在強堿性條件下反應可制取K₂FeO₄，其反應的離子方程式為
________________________________________________________________________；
與MnO₂－Zn電池類似，K₂FeO₄－Zn也可以組成堿性電池，其正極電極反應式為
________________________________________________________________________。
（3）光敏材料三草酸合鐵酸鉀晶體（K₃[Fe(C₂O₄)₃］·xH₂O）中鐵元素含量的測定：
步驟一：稱量10.00 g三草酸合鐵酸鉀晶體，配制成250 mL溶液。
步驟二：取所配溶液25.00 mL于錐形瓶中，加稀H₂SO₄酸化，滴加KMnO₄溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳。同時MnO被還原成Mn²⁺。向反應后的溶液中加入適量鋅粉，至黃色剛好消失，所得溶液收集到錐形瓶中，此時溶液仍呈酸性。
步驟三：用0.0200 mol/L KMnO₄溶液滴定步驟二所得溶液至終點，消耗KMnO₄溶液20.02 mL，滴定中MnO還原成Mn²⁺。
重復步驟二、三操作，步驟三消耗0.0200 mol/L KMnO₄溶液19.98 mL。
①步驟一中除量筒、玻璃棒、燒杯外，還需要的玻璃儀器有____________________；步驟三滴定過程中盛裝KMn₄溶液的儀器名稱為___________；滴入最后一滴溶液時，錐形瓶中溶液變?yōu)開________色，靜置半分鐘溶液顏色不再變化，確認為滴定終點。
②步驟二加入鋅粉的目的是_______________________________；
寫出鋅參與反應的離子方程式：____________________________________________。
③實驗測得該晶體中鐵元素的質量分數(shù)為____________。在步驟二中，若加入的KMnO₄溶液的量不足，則測得的鐵元素含量____________。（填“偏低”“偏高”或“無影響”）

Answer 1

（18分）（1）鐵粉  氯氣 （2分）；4∶1（2分）
（2）2Fe^3＋＋3ClO^－＋10OH^－＝2FeO₄^2－＋3Cl^－＋5H₂O（2分）
FeO₄^2－＋3e^－＋4H₂O＝Fe(OH)₃↓＋5OH^－（2分）
（3）①250ml容量瓶和膠頭滴管（2分）；酸式滴定管 紅（2分）
②將Fe^3＋還原成Fe^2＋（1分）；Zn＋2Fe^3＋＝Zn^2＋＋2Fe^2＋（2分） ③11.2%（2分） 偏高（1分）

試題分析：（1）鐵是變價金屬，與強氧化劑反應生成＋3價鐵，與弱氧化劑反應生成＋2價鐵，所以在實驗室中，F(xiàn)eCl₂可用鐵和鹽酸反應制備，F(xiàn)eCl₃可用鐵粉和氯氣反應制備。設樣品中FeCl₂和FeC1₃物質的量分別是x 和y，則根據混合物n(Fe)∶n（Cl）＝1∶2.2可知，（x＋y）:（2x＋3y）＝1∶2.2，解得x∶y＝4∶1。
（2）FeC1₃與KClO在強堿性條件下反應可制取K₂FeO₄，在反應中氯元素的化合價從＋1價降低到—1價，得到2個電子。鐵元素的化合價從＋3價升高到＋6價，失去3個電子，即還原劑與氧化劑的物質的量之比是2:3，因此該反應的離子方程式為2Fe^3＋＋3ClO^－＋10OH^－＝2FeO₄^2－＋3Cl^－＋5H₂O；原電池種正極得到電子，所以在K₂FeO₄－Zn堿性電池中，鋅是負極，K₂FeO₄是正極，所以正極電極反應式為FeO₄^2－＋3e^－＋4H₂O＝Fe(OH)₃↓＋5OH^－。
（3）①配制一定物質的量濃度溶液時，除量筒、玻璃棒、燒杯外，還需要的玻璃儀器有250ml容量瓶和定容的膠頭滴管。由于高錳酸鉀溶液極易強氧化性，且顯酸性，所以步驟三滴定過程中盛裝KMn₄溶液的儀器名稱為酸式滴定管；酸性高錳酸鉀溶液顯紅色，所以滴入最后一滴溶液時，錐形瓶中溶液變?yōu)榧t色，靜置半分鐘溶液顏色不再變化，確認為滴定終點。
②由于酸性高錳酸鉀溶液也能把亞鐵離子氧化生成鐵離子，所以加入鋅粉的作用是將Fe^3＋還原成Fe^2＋，反應的離子方程式為Zn＋2Fe^3＋＝Zn^2＋＋2Fe^2＋。
③兩次實驗中消耗0.0200 mol/L KMnO₄溶液的平均值＝（20.02 mL＋ 19.98 mL）÷2＝20.00ml，所以消耗高錳酸鉀的物質的量是0.0200L×0.0200 mol/L＝0.0004mol。根據電子得失守恒可知，溶液中亞鐵離子的物質的量＝0.0004mol×5＝0.0020mol，所以該晶體中鐵元素的質量分數(shù)為×100%＝11.2%。在步驟二中，若加入的KMnO₄溶液的量不足，則可能導致草酸根剩余，從而導致第三步中消耗高錳酸鉀溶液的體積增加，從而導致鐵元素的含量偏高。