Question

8．铁是人类较早使用的金属之一，铁及其化合物在现代社会各个领域仍有广泛的应用．
I．氧化物-Fe₂O₃：用工业FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等杂质离子）制取高纯铁红，实验室常用萃取剂X（甲基异丁基甲酮）萃取法制取高纯铁红的主要实验步骤如下：

已知：HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄．试回答下列问题：
（1）用萃取剂X萃取，该步骤中：
①Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等杂质离子主要在水（填“水”或“有机”）相．
②若实验时共用萃取剂X 150mL，萃取率最高的方法是c（填字母）．
a．一次性萃取，150mL     b．分2次萃取，每次75mL     c．分3次萃取，每次50mL
（2）用高纯水反萃取，萃取后水相中铁的存在形式是FeCl₃（写化学式）；反萃取能发生的原因是加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动．
（3）所得草酸铁沉淀需用冰水洗涤，其目的一是洗去沉淀表面吸附的杂质离子，二是减少草酸铁晶体的溶解损耗．
（4）测定产品中铁的含量需经酸溶、还原为Fe²⁺，然后在酸性条件下用标准K₂Cr₂O₇溶液滴定，已知铬的还原产物为Cr³⁺，写出该滴定反应的离子方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
II．含氧酸盐-铁酸铜（CuFe₂O₄）是很有前景的热化学分解水制氢的材料，CuFe₂O₄在制氢过程中可以循环使用．在热化学循环分解水制氢的过程中，铁酸铜（CuFe₂O₄）先要煅烧成氧缺位体（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氢越容易．
（5）根据以上提示，写出氧缺位体与水常温下反应制氢的化学方程式CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
（6）课外小组将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则氧缺位值（a）=0.51．（结果保留小数点后2位）

Answer 1

分析 （1）根据流程图可知，FeCl₃粗品溶于盐酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等离子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有机相即可得到较纯的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取时Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺应在水相中，萃取剂X总量一定时，萃取的次数越多，效果越好，据此判断；
（2）根据元素守恒可知，萃取后水相中铁的存在形式是氯化铁，用甲基异丁基甲酮萃取时，在有机相中铁元素以形式存在HFeCl₄，由于加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动，所以用高纯水可以进行反萃取；
（3）用冰水洗涤可以减少草酸铁晶体的溶解损耗；
（4）在酸性条件下Fe²⁺与K₂Cr₂O₇溶液反应生成Cr³⁺和铁离子，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
（5）氧缺位体（CuFe₂O_4-a）可以夺取水分子了中的氧原子，从而生成氢气，根据元素守恒书写化学方程式；
（6）将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，减少的质量即为失去的氧元素的质量，根据CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可计算出a的值；

解答 解：（1）根据流程图可知，FeCl₃粗品溶于盐酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等离子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有机相即可得到较纯的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取时Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺应在水相中，萃取剂X总量一定时，萃取的次数越多，效果越好，故选c，
故答案为：水；c；
（2）根据元素守恒可知，萃取后水相中铁的存在形式是FeCl₃，用甲基异丁基甲酮萃取时，在有机相中铁元素以形式存在HFeCl₄，由于加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动，所以用高纯水可以进行反萃取，
故答案为：FeCl₃；加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动；
（3）用冰水洗涤可以减少草酸铁晶体的溶解损耗，
故答案为：减少草酸铁晶体的溶解损耗；
（4）在酸性条件下Fe²⁺与K₂Cr₂O₇溶液反应生成Cr³⁺和铁离子，反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（5）氧缺位体（CuFe₂O_4-a）可以夺取水分子了中的氧原子，从而生成氢气，反应的化学方程式为CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑，
故答案为：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
（6）将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，减少的质量即为失去的氧元素的质量，根据CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可知$\frac{16a}{240}$×100%=1-96.6%，所以a=0.51，
故答案为：0.51．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法分析，涉及实验基本操作、离子方程式的书写、化学计算等知识，注意反应过程中原子守恒的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．