Question

18．高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型、高效、多功能水处理剂．
（1）工业上还可用电解浓NaOH溶液的方法制Na₂FeO₄．
①若电解所需的浓NaOH溶液为16mol/L，则在实验室配制450mL该浓度的NaOH溶液需称取NaOH固体320.0g，配制过程所需玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管．
②电解浓NaOH溶液制备Na₂FeO₄，其工作原理如图所示：阳极的电极反应式是Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；可循环使用的物质是NaOH溶液，理由是水电离的H⁺在阴极放电：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通过阳离子交换膜进入阴极区，使阴极区c（NaOH）增大，故NaOH可以循环使用．
（2）测定某K₂FeO₄样品的质量分数，实验步骤如下：
步骤1：准确称量1.0g样品，配制100mL溶液，
步骤2：准确量取25.00mL K₂FeO₄溶液加入到锥形瓶中
步骤3：在强碱性溶液中，用过量CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-
步骤4：加稀硫酸，使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，CrO₂^-转化为Cr³⁺，Fe（OH）₃转化为Fe³⁺
步骤5：加入二苯胺磺酸钠作指示剂，用0.1000mol•L^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液滴定至终点（溶液显紫红色），记下消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积．
做3次平行实验，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液的体积30.00mL．
已知：滴定时发生的反应为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
①写出步骤3中发生反应的离子方程式CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-．
②步骤5中加指示剂，原因是Cr₂O₇^2-溶液为橙色，Fe³⁺溶液为黄色，颜色变化不明显．
③根据上述实验数据，测定该样品中K₂FeO₄的质量分数为79.2%．（K₂FeO₄-198）

Answer 1

分析 （1）①根据n=CV和m=nM来计算；根据配制一定物质的量浓度的溶液的步骤是计算、称量、溶解、移液、洗涤、定容、摇匀来选择使用的仪器；
②依据阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO₄^2-结合碱性环境来写出电极方程式；根据OH^-在阳极被消耗，而在阴极会生成来分析；
（2）①CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，根据化合价的升降结合溶液环境可写；
②K₂Cr₂O₇溶液为橙色、Fe³⁺的溶液为黄色；
③CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，依据反应的定量关系和铬元素守恒计算．

解答 解：（1）①所需的NaOH的物质的量n=cV=16mol/L×0.5L=8mol，质量m=nM=8mol×40g/mol=320.0g；根据配制一定物质的量浓度的溶液的步骤是计算、称量、溶解、移液、洗涤、定容、摇匀可知所需的仪器为天平、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管，其中玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：320.0；烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管；
②阳极是铁，故阳极上铁放电生成FeO₄^2-，由于是碱性环境，故电极方程式为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；在电解时，水电离的H⁺在阴极放电：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通过阳离子交换膜进入阴极区，使阴极区c（NaOH）增大，故NaOH可以循环使用；
故答案为：Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；NaOH溶液；水电离的H⁺在阴极放电：2H⁺+2e^-=H₂↑，c（OH^-）增大，Na⁺通过阳离子交换膜进入阴极区，使阴极区c（NaOH）增大，故NaOH可以循环使用；
（2）①CrO₂^-与FeO₄^2-反应生成Fe（OH）₃和CrO₄^2-，离子方程式为：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
故答案为：CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；
②步骤5中加指示剂，原因是Cr₂O₇^2-溶液为橙色，Fe³⁺溶液为黄色，颜色变化不明显；
故答案为：Cr₂O₇^2-溶液为橙色，Fe³⁺溶液为黄色，颜色变化不明显；
③CrO₂^-+FeO₄^2-+2H₂O=Fe（OH）₃↓+CrO₄^2-+OH^-；6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺═6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，得到定量关系为：
2FeO₄^2-～2CrO₄^2-～Cr₂O₇^2-～6Fe²⁺，
2                                            6
n                                   0.0300L×0.1000mol/L
n=0.001mol，
100ml溶液中含有0.001mol×$\frac{100mL}{25mL}$=0.004mol，
测定该样品中K₂FeO₄的质量分数=$\frac{0.004mol×198g/mol}{1.0g}$×100%=79.2%，
故答案为：79.2%．

点评 本题考查了Na₂FeO₄的制备、化学平衡、溶液的配制以及电极反应的书写，物质含量测定等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．