Question

19．鐵是應用最廣泛的金屬，鐵的鹵化物、氧化物以及高價鐵的含氧酸鹽均為重要化合物．
（1）要確定鐵的某氯化物FeCl_x的化學式，可用離子交換和漓定的方法．實驗中稱取0.54g的FeCl_x樣品，溶解后先進行陽離子交換預處理，再通過含有飽和OH^-的陰離子交換柱，使Cl^-和OH^-發(fā)生交換．交換完成后，流出溶液的OH^-用0.40mol/L的鹽酸滴定，滴至終點時消耗鹽酸25.0mL．計算該樣品中氯的物質(zhì)的量，并求出FeCl_x中的x值3 （列出計算過程）：
（2）現(xiàn)有一含有FeCl₂和FeCl₃的混合物樣品，采用上述方法測得n（Fe）：n（Cl）=1：2.1，則該樣品中FeCl₃的物質(zhì)的量分數(shù)為10%．在實驗室中，F(xiàn)eCl₂可用鐵粉和鹽酸反應制備，F(xiàn)eCl₃可用鐵粉和氯氣反應制備；
（3）FeCl₃與氫碘酸反應時可生成棕色物質(zhì)，該反應的離子方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂．
（4）高鐵酸鉀（K₂FeO₄）是一種強氧化劑，可作為水處理劑和高容量電池材料．FeCl₃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2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．與MnO₂-Zn電池類似，K₂FeO₄-Zn也可以組成堿性電池，K₂FeO₄在電池中作為正極材料，其電極反應式為FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；該電池總反應的離子方程式為3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題意可知，發(fā)生離子交換時有：Cl^-～OH^-，而流出溶液的OH^-用鹽酸滴定時有OH^-～H⁺，故可有：Cl^-～OH^-～H⁺，設氯離子的物質(zhì)的量為nmol，根據(jù)鹽酸的物質(zhì)的量即可求出n；然后根據(jù)質(zhì)量來列式即可求出x；
（2）根據(jù)元素守恒計算氯化亞鐵和氯化鐵物質(zhì)的量之比，進而計算氯化鐵質(zhì)量分數(shù)；氯化亞鐵用鐵和稀酸反應生成；
（3）氯化鐵具有氧化性，碘化氫具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應生成氯化亞鐵和碘單質(zhì)；
（4）FeCl₃與KClO在強堿性條件下發(fā)生氧化還原反應生成高鐵酸鉀、氯化鉀、和水，結合得失電子守恒寫出方程式；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(jù)產(chǎn)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．

解答 解：（1）根據(jù)題意可知，發(fā)生離子交換時有：Cl^-～OH^-，而流出溶液的OH^-用鹽酸滴定時有OH^-～H⁺，故可有：Cl^-～OH^-～H⁺，根據(jù)消耗鹽酸的物質(zhì)的量n=CV=4mol/L×0.025mol/L=0.01mol，設氯離子的物質(zhì)的量為nmol，可有：
Cl^-～OH^-～H⁺，
1                1
nmol         0.01mol
故有：$\frac{1}{nmol}=\frac{1}{0.01mol}$
解得n=0.01mol；
而0.01mol氯離子是0.54gFeCl_x樣品中含有的，故有：$\frac{0.54g}{（56+35.5x）g/mol}×x$=0.01mol
解得x=3．
答：該樣品中氯的物質(zhì)的量為0.01mol，x的值為3；
（2）設混合物中FeCl₂物質(zhì)的量為x，F(xiàn)eCl₃的物質(zhì)的量為y，則（x+y）：（2x+3y）=1：2.1，得到x：y=9：1，氯化鐵物質(zhì)的量分數(shù)=$\frac{1}{1+9}$×100%=10%；
在實驗室中，F(xiàn)eCl₂可用鐵粉和鹽酸反應得到；FeCl₃可用鐵粉和氯氣化合得到．
故答案為：10%；鹽酸；氯氣；
（3）氯化鐵具有氧化性，碘化氫具有還原性，二者發(fā)生氧化還原反應生成氯化亞鐵和碘單質(zhì)，反應離子方程式為：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，
故答案為：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；
（4）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；
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(jù)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：2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；FeO₄^2-+3eˉ+4H₂O=Fe（OH）₃+5OH^-；3Zn+2FeO₄^2-+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4OH^-．

點評 本題考查物質(zhì)化學式的確定、混合物的計算和離子方程式的書寫，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．