Question

3．暗紫色化合物A具有绿色、高电压和高能量的特点，近年来引起了电化学界的高度重视．在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，一段时间后转化为红褐色沉淀，同时产生一种气体单质．某兴趣小组的同学对化合物A进行组成分析，确定A中仅含有O、K、Fe三种元素．取3.96g化合物A的粉末溶于水，滴加足量的稀硫酸，向反应后的溶液中加入含有0.08mol KOH的溶液，恰好完全反应．过滤，将洗涤后的沉淀充分灼烧，得到红棕色固体粉末1.60g；将所得滤液在一定条件下蒸发可得到一种纯净的不含结晶水的盐10.44g．
（1）化合物A的化学式为K₂FeO₄；化合物A与H₂O反应的离子方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-
（2）化合物A还可作为一种“绿色高效多功能”水处理剂．原因是+6价的铁具有强氧化性可以杀菌消毒，其还原产物Fe³⁺水解生成氢氧化铁胶体净水
（3）化合物A的制备还可通过氧化法，试写出在KOH存在条件下用次氯酸钾氧化氢氧化铁制备A的化学方程式3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O
（4）目前，人们针对化合物A的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展．下列物质中有可能提高化合物A水溶液稳定性的是B
A．亚硫酸钠        B．KOH      C．醋酸       D．Fe（NO₃）₃
（5）为研究温度对化合物A水溶液稳定性的影响，请设计一个实验方案取少量的样品放入试管加水溶解，分成两等份于两试管中，分别放在冷水和热水中，观察生成红褐色沉淀的快慢．．

Answer 1

分析 （1）红棕色粉末为氧化铁，不含结晶水的盐为硫酸钾，根据数据计算出A中仅含有O、K、Fe三种元素的个数比，即得A的化学式；A不稳定，生成的红褐色沉淀为氢氧化铁，气体单质只能是氧气，据钾守恒，产物还有氢氧化钾，由此写出方程式配平即可；
（2）K₂FeO₄中铁元素化合价为+6价，价态高，+6价的Fe元素易得电子表现出强氧化性，可杀菌消毒；还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物并可使泥沙聚沉；
（3）氢氧化铁被次氯酸钾氧化为高铁酸钾，次氯酸钾被还原为氯化钾，同时生成H₂O，由此写出方程式配平即可；
（4）根据提给信息：在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定等分析如何提高A水溶液稳定性；
（5）固定其他条件，改变温度，看析出沉淀的快慢．

解答 解：（1）3.96g化合物A含铁：$\frac{1.6g}{160g/mol}$×2=0.02mol，含钾：$\frac{10.44g}{174g/mol}$×2-0.08mol=0.04mol，
含氧：$\frac{3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol}{16g/mol}$=0.08mol，
钾、铁、氧的个数比为：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，
A的化学式为：K₂FeO₄；
高铁酸钾与水反应生成氧气和Fe（OH）₃、氢氧化钾，反应方程式为4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，离子方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-，
故答案为：K₂FeO₄；4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（2）K₂FeO₄中铁元素化合价为+6价，价态高，易得电子，表现强氧化性，+6价的Fe元素易得电子表现出强氧化性，可杀菌消毒；
还原产物Fe元素为+3价，在水中形成Fe（OH）₃胶体，可吸附水中悬浮物并可使泥沙聚沉，
故答案为：+6价的铁具有强氧化性可以杀菌消毒，其还原产物Fe³⁺水解生成氢氧化铁胶体净水；
（3）氢氧化铁被次氯酸钾氧化为高铁酸钾，次氯酸钾被还原为氯化钾，同时生成H₂O，反应的方程式方程式为3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O，
故答案为：3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O；
（4）A．亚硫酸钠具有还原性，会被高铁酸钾氧化，故A错误；
B．高铁酸钾在碱性条件下生成，故B正确；
C．高铁酸钾在水溶液中不稳定，与酸反应，故C错误；
D．在常温和干燥的条件下，高铁酸钾可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，故D错误；
故答案为：B；
（5）固定其他条件，改变温度，看析出沉淀的快慢，操作方法为取少量的样品放入试管加水溶解，分成两等份于两试管中，分别放在冷水和热水中，观察生成红褐色沉淀的快慢．，
故答案为：取少量的样品放入试管加水溶解，分成两等份于两试管中，分别放在冷水和热水中，观察生成红褐色沉淀的快慢．

点评 本题考查无机物的推断，侧重考查学生阅读题目获取信息的能力、计算能力、设计实验能力等，为高考常见题型，题目较难，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．