Question

20．高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種高效多功能水處理劑．工業(yè)上常采用NaClO氧化法生產(chǎn)，反應(yīng)原理為：在堿性條件下，利用NaClO氧化Fe（NO₃）₃制得Na₂FeO₄，過濾得到粗產(chǎn)品，再用NaOH溶液溶解，重結(jié)晶，用有機(jī)溶劑脫堿，低溫烘干得到固體樣品．反應(yīng)方程式為：3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH═2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
（1）上述制備過程中，用NaOH溶液溶解粗產(chǎn)品而不用水的原因是Na₂FeO₄在水溶液中水解后溶液呈堿性，NaOH溶液呈堿性會(huì)抑制其水解，有利于減少產(chǎn)品損失．
（2）高鐵酸鈉電池是一種新型可充電電池，電解質(zhì)為NaOH溶液，放電時(shí)負(fù)極材料為Zn，正極產(chǎn)生紅褐色沉淀，寫出該電池反應(yīng)方程式3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH．
（3）生產(chǎn)Na₂FeO₄的原料之一Fe（NO₃）₃用黑色粉末Fe（含有Fe₃O₄）與稀硝酸反應(yīng)制備．準(zhǔn)確稱取該黑色粉末13.12g，加入200mL 4mol•L^-1 HNO₃攪拌，固體完全溶解，共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下2688mL的氣體，經(jīng)分析其中只含有NO，并測(cè)得此時(shí)溶液中c（H⁺）=0.4mol•L^-1（設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變）．通過以上數(shù)據(jù)，計(jì)算該黑色粉末中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留兩位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Na₂FeO₄在水溶液中陰離子水解平衡移動(dòng)的影響因素結(jié)合實(shí)際應(yīng)用來判斷；
（2）根據(jù)反應(yīng)信息知道：反應(yīng)物是金屬鋅、高鐵酸鈉、產(chǎn)物是氫氧化鐵、氫氧化鋅來書寫方程式；
（3）根據(jù)元素守恒結(jié)合反應(yīng)的過程來計(jì)算回答．

解答 解：（1）Na₂FeO₄在水溶液中會(huì)發(fā)生水解，并且水解后溶液呈堿性，如果在氫氧化鈉溶液中，NaOH溶液呈堿性，會(huì)抑制其水解，有利于減少產(chǎn)品損失，
故答案為：Na₂FeO₄ 在水溶液中水解后溶液呈堿性，NaOH溶液呈堿性會(huì)抑制其水解，有利于減少產(chǎn)品損失；
（2）根據(jù)反應(yīng)信息知道：反應(yīng)物是金屬鋅、高鐵酸鈉、產(chǎn)物是氫氧化鐵、氫氧化鋅，配平后的方程式為3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH，
故答案為：3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH；
（3）n（NO）=$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，溶液中還有H⁺，說明硝酸未反應(yīng)完，所以溶液中只含F(xiàn)e³⁺，溶液中有n（NO₃^-）=200mL×4mol•L^-1/1000mL•L^-1-0.12mol=0.68mol，根據(jù)電荷守恒 n（NO₃^-）×1=n（H⁺）×1+n（Fe³⁺）×3，n（Fe³⁺）=0.2mol，樣品中所有鐵元素物質(zhì)的量為0.2mol．
設(shè)樣品中Fe的物質(zhì)的量為x，F(xiàn)e₃O₄的物質(zhì)的量為y
56g•mol^-1×x+232g•mol^-1×y=13.12g
x+3y=0.2mol，
解得：x=0.11mol，y=0.03mol  
單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.11mol×56g/mol}{13.12g}$×100%=47%，
故答案為：47%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生鹽的水解原理以及應(yīng)用、原電池的工作原理以及元素以及化合物性質(zhì)的計(jì)算等知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等．