Question

4．Ⅰ．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能绿色水处理剂，比C1₂、O₂、C1O₂、KMnO₄氧化性更强，无二次污染，工业上是先制得高铁酸钠，然后在低温下，向高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和，使高铁酸钾析出．
（1）干法制备高铁酸钠的主要反应为：2FeSO₄+a Na₂O₂=2Na₂FeO₄+b X+2Na₂SO₄+c O₂↑，该反应中物质X应是Na₂O，b与c的关系是b=2c．
（2）湿法制备高铁酸钾反应体系中有六种数粒：Fe（OH）₃、C1O^-、OH^-、FeO₄^2-、C1^-、H₂O．
①写出并配平湿法制高铁酸钾的离子反应方程式：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．
②每生成1mol FeO₄^2-转移3mo1电子，若反应过程中转移了0.3mo1电子，则还原产物的物质的量为0.15mo1．
Ⅱ．已知：2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，2Fe²⁺+Br₂=2Fe³⁺+2Br^-．
（3）含有1mol FeI₂和2mol FeBr₂的溶液中通入2mol Cl₂，此时被氧化的离子及其物质的量是n（I^-）=2mol、n（Fe²⁺）=2mol．
（4）若向含a mol FeI₂和b mol FeBr₂的溶液中通入c mol Cl₂，当I^-、Fe²⁺、Br^-完全被氧化时，c为c=$\frac{3（a+b）}{2}$（用含a、b的代数式表示）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）反应中铁元素由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O；根据原子守恒判断b、c关系；
（2）①高铁酸钾是生成物，则Fe（OH）₃是反应物，该反应中Fe元素化合价由+3价变为+6价，则Fe（OH）₃是还原剂，还需要氧化剂参加反应，C1O^-具有强氧化性，所以C1O^-是反应物，生成物是C1^-，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6；
②该反应中Fe元素化合价由+3价升高到+6价，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6，根据转移电子和高铁酸根离子之间关系式计算转移电子物质的量、根据转移电子和还原产物之间关系式计算还原产物物质的量；
Ⅱ．由2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂；2Fe²⁺+Br₂=2Br^-+2Fe³⁺可知，还原性强弱顺序是：I^-＞Fe²⁺＞Br^-，向溶液中通入氯气，氯气先和碘离子反应，然后再和亚铁离子反应，最后再和溴离子反应，结合碘化亚铁、溴化亚铁的物质的量及氯气的物质的量、电子守恒进行分析、计算即可．

解答 解：Ⅰ．（1）反应中铁元素由+2价升高到+6价，过氧化钠中的部分氧由-1价升高到0价，根据氧化还原反应中元素化合价升降规律，过氧化钠中的另一部分氧一定会由-1价降低到-2价，反应中硫、铁原子已经守恒，故X只能为Na₂O，配平后方程式为：2FeSO₄+6Na₂O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂FeO₄+2Na₂O+2Na₂SO₄+O₂↑，可知b=2c，
故答案为：Na₂O；b=2c；
（2 ） ①高铁酸钾是生成物，则Fe（OH）₃是反应物，该反应中Fe元素化合价由+3价变为+6价，则Fe（OH）₃是还原剂，还需要氧化剂参加反应，C1O^-具有强氧化性，所以C1O^-是反应物，生成物是C1^-，Cl元素化合价由+1价变为-1价，转移电子数为6，溶液在碱性条件下进行，则氢氧化根离子参加反应，生成水，反应方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；
②2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O中Fe元素化合价由+3价升高到+6价，则该反应中转移电子数为6，每生成1mol FeO₄^2-转移电子物质的量=$\frac{6mol}{2}$=3mol，该反应中还原产物是氯离子，若反应过程中转移了0.3mo1电子，则还原产物的物质的量=$\frac{0.3mol}{6}$=0.15mol，
故答案为：3；0.15；
Ⅱ．（1）向含有1mol FeI₂和2mol FeBr₂的溶液中通入2mol Cl₂，先发生反应2I^-+Cl₂=I₂+2Cl^-，2mol碘离子完全反应需要氯气1mol，然后发生反应Cl₂+2Fe ²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺，1mol氯气反应需要亚铁离子的物质的量是2mol，溶液中含有3mol亚铁离子，参加反应的亚铁离子的物质的量是2mol，所以溶液中还剩余亚铁离子1mol，所以被氧化的离子是2molI^-、2molFe ²⁺，
故答案为：n（I^-）=2mol、n（Fe²⁺）=2mol；
（2）若向含a mol FeI₂和b mol FeBr₂的溶液中通入c mol Cl₂，当I^-、Fe²⁺、Br^-完全被氧化时，Fe²⁺失去的电子的物质的量为（a+b）mol，I^-失去的电子的物质的量为2amol，Br^-失去的电子的物质的量为2bmol，则共失去3（a+b）mol电子，所以需要氯气的物质的量为c=$\frac{3（a+b）}{2}$mol，
故答案为：c=$\frac{3（a+b）}{2}$．

点评 本题考查氧化还原反应有关计算，侧重考查学生分析计算能力，正确判断各个物理量之间关系式是解本题关键，难点是化学反应方程式的配平，要注意原子守恒、转移电子守恒及电荷守恒，题目难度不大．