Question

铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。某实验小组设计了如下实验探究某些含铁化合物的制备、组成、

铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用。某实验小组设计了如下实验探究某些含铁化合物的制备、组成、性质等。请按要求回答下列问题：（1）铁的氯化物的制备与组成：在实验室中，FeCl 2 可用________和盐酸反应制备，FeCl 3 可用铁粉和________反应制备。现有一含有FeCl 2 和FeCl 3 的混合物样品，测得n(Fe)∶n（Cl）=1∶2.2，则该样品中FeCl 2 和FeC1 3 物质的量之比为__________。（2）水处理剂和高容量电池材料――高铁酸钾（K 2 F e O 4 ）的制备与应用：FeC1 3 与KClO在强碱性条件下反应可制取K 2 FeO 4 ，其反应的离子方程式为________________________________________________________________________；与MnO 2 －Zn电池类似，K 2 FeO 4 －Zn也可以组成碱性电池，其正极电极反应式为________________________________________________________________________。（3）光敏材料三草酸合铁酸钾晶体（K 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ］·xH 2 O）中铁元素含量的测定：步骤一：称量10.00 g三草酸合铁酸钾晶体，配制成250 mL溶液。步骤二：取所配溶液25.00 mL于锥形瓶中，加稀H 2 SO 4 酸化，滴加KMnO 4 溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳。同时MnO 被还原成Mn 2+ 。向反应后的溶液中加入适量锌粉，至黄色刚好消失，所得溶液收集到锥形瓶中，此时溶液仍呈酸性。步骤三：用0.0200 mol/L KMnO 4 溶液滴定步骤二所得溶液至终点，消耗KMnO 4 溶液20.02 mL，滴定中MnO 还原成Mn 2+ 。重复步骤二、三操作，步骤三消耗0.0200 mol/L KMnO 4 溶液19.98 mL。①步骤一中除量筒、玻璃棒、烧杯外，还需要的玻璃仪器有____________________；步骤三滴定过程中盛装KMn 4 溶液的仪器名称为___________；滴入最后一滴溶液时，锥形瓶中溶液变为_________色，静置半分钟溶液颜色不再变化，确认为滴定终点。②步骤二加入锌粉的目的是_______________________________；写出锌参与反应的离子方程式：____________________________________________。③实验测得该晶体中铁元素的质量分数为____________。在步骤二中，若加入的KMnO 4 溶液的量不足，则测得的铁元素含量____________。（填“偏低”“偏高”或“无影响”）

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Answer 1

（18分）（1）铁粉  氯气 （2分）；4∶1（2分） （2）2Fe 3 ＋ ＋3ClO － ＋10OH － ＝2FeO 4 2 － ＋3Cl － ＋5H 2 O（2分） FeO 4 2 － ＋3e － ＋4H 2 O＝Fe(OH) 3 ↓＋5OH － （2分） （3）①250ml容量瓶和胶头滴管（2分）；酸式滴定管 红（2分） ②将Fe 3 ＋ 还原成Fe 2 ＋ （1分）；Zn＋2Fe 3 ＋ ＝Zn 2 ＋ ＋2Fe 2 ＋ （2分） ③11.2%（2分） 偏高（1分）

试题分析：（1）铁是变价金属，与强氧化剂反应生成＋3价铁，与弱氧化剂反应生成＋2价铁，所以在实验室中，FeCl 2 可用铁和盐酸反应制备，FeCl 3 可用铁粉和氯气反应制备。设样品中FeCl 2 和FeC1 3 物质的量分别是x 和y，则根据混合物n(Fe)∶n（Cl）＝1∶2.2可知，（x＋y）:（2x＋3y）＝1∶2.2，解得x∶y＝4∶1。 （2）FeC1 3 与KClO在强碱性条件下反应可制取K 2 FeO 4 ，在反应中氯元素的化合价从＋1价降低到—1价，得到2个电子。铁元素的化合价从＋3价升高到＋6价，失去3个电子，即还原剂与氧化剂的物质的量之比是2:3，因此该反应的离子方程式为2Fe 3 ＋ ＋3ClO － ＋10OH － ＝2FeO 4 2 － ＋3Cl － ＋5H 2 O；原电池种正极得到电子，所以在K 2 FeO 4 －Zn碱性电池中，锌是负极，K 2 FeO 4 是正极，所以正极电极反应式为FeO 4 2 － ＋3e － ＋4H 2 O＝Fe(OH) 3 ↓＋5OH － 。 （3）①配制一定物质的量浓度溶液时，除量筒、玻璃棒、烧杯外，还需要的玻璃仪器有250ml容量瓶和定容的胶头滴管。由于高锰酸钾溶液极易强氧化性，且显酸性，所以步骤三滴定过程中盛装KMn 4 溶液的仪器名称为酸式滴定管；酸性高锰酸钾溶液显红色，所以滴入最后一滴溶液时，锥形瓶中溶液变为红色，静置半分钟溶液颜色不再变化，确认为滴定终点。 ②由于酸性高锰酸钾溶液也能把亚铁离子氧化生成铁离子，所以加入锌粉的作用是将Fe 3 ＋ 还原成Fe 2 ＋ ，反应的离子方程式为Zn＋2Fe 3 ＋ ＝Zn 2 ＋ ＋2Fe 2 ＋ 。 ③两次实验中消耗0.0200 mol/L KMnO 4 溶液的平均值＝（20.02 mL＋ 19.98 mL）÷2＝20.00ml，所以消耗高锰酸钾的物质的量是0.0200L×0.0200 mol/L＝0.0004mol。根据电子得失守恒可知，溶液中亚铁离子的物质的量＝0.0004mol×5＝0.0020mol，所以该晶体中铁元素的质量分数为 ×100%＝11.2%。在步骤二中，若加入的KMnO 4 溶液的量不足，则可能导致草酸根剩余，从而导致第三步中消耗高锰酸钾溶液的体积增加，从而导致铁元素的含量偏高。