Question

12．聚合硫酸铁（PAFC）简称聚铁，是一种高效的无机高分子混凝剂、净水剂，其化学式为[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m（n＞2，m≤10）．实验室利用硫酸亚铁制取聚铁的主要流程如下：

（1）写出加入H₂O₂发生反应的离子方程式：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）在上述流程中加入浓硫酸将溶液pH调到0.5～1的作用是①抑制Fe²⁺水解；②提高H₂O₂的氧化能力（或促进Fe²⁺被氧化）．
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m的化学方程式为2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O．
（4）测定聚铁中含铁量的方法为：把聚铁溶于过量酸中，先用过量SnCl₂将Fe³⁺还原成 Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液，然后用标准的K₂Cr₂O₇溶液（先加入几滴试亚铁灵指示剂）滴定溶液中的Fe²⁺．此过程发生的部分反应为：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^-=Hg₂Cl₂↓+SnCl₆^2-
Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①写出过量的SnCl₂和Fe³⁺反应生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-的离子方程式：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-；
②用HgCl₂除去过量的SnCl₂的目的是防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差；
③若称取聚铁质量为10.00g配成100.0mL溶液，取出20.00mL，经上述方法处理后，再用0.1000mol•L^-1K₂Cr₂O₇标准溶液滴定，达到终点时，消耗标准溶液12.80mL，则聚铁中铁元素的质量分数为21.5%．

Answer 1

分析 实验室利用硫酸亚铁制取聚铁，在硫酸亚铁溶液中加入浓硫酸调节PH值，用双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，利用铁离子水解，再与硫酸根结合生成聚铁，进而得到固态聚铁，
（1）双氧水具有强氧化性，能够将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式；
（2）根据亚铁离子在溶液中易水解，所以加酸可以抑制亚铁离子的水解，同时酸性条件下双氧水的氧化性增强；
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，反应物为：FeSO₄、H₂O₂、H₂SO₄，生成物为：[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，亚铁离子化合价从+2升高1价变为+3价铁离子，由于产物[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m中含有m个铁离子，则化合价至少升高m价，双氧水中O元素从-1价较低为-2价，化合价降低1价，双氧水中含有2个O原子，至少降低2价，所以化合价变化的最小公倍数为2m，硫酸亚铁的系数为2，双氧水的系数为m，然后根据质量守恒定律配平反应的方程式；
（4）①根据题意，过量的SnCl₂和Fe³⁺反应生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-，根据电子得失守恒和元素守恒可书写反应的离子方程式；
②根据Sn²⁺能够还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差进行判断；
③根据关系式6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-计算出亚铁离子物质的量，进而计算聚铁中铁的质量分数．

解答 解：（1）硫酸亚铁溶液中加入双氧水后，亚铁离子被双氧水氧化成铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根据制取流程可知，下一步需要加入双氧水氧化亚铁离子，双氧水在酸性条件下氧化性增强，所以加入浓硫酸后可以提高双氧水的氧化能力；亚铁离子在溶液中容易发生水解，加入浓硫酸增大溶液中氢离子，可以抑制Fe²⁺水解，
故答案为：抑制Fe²⁺水解；提高H₂O₂的氧化能力（或促进Fe²⁺被氧化）；
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，反应物为：FeSO₄、H₂O₂、H₂SO₄，生成物为：[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，亚铁离子化合价从+2升高1价变为+3价铁离子，由于产物[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m中含有m个铁离子，则化合价至少升高m价，双氧水中O元素从-1价较低为-2价，化合价降低1价，双氧水中含有2个O原子，至少降低2价，所以化合价变化的最小公倍数为2m，硫酸亚铁的系数为2，双氧水的系数为m，然后根据质量守恒定律配平，配平后的方程式为：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O，
故答案为：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O；
（4）①过量的SnCl₂和Fe³⁺反应生成Fe²⁺和SnCl₆^2-，铁离子化合价从+3变为+2，化合价降低1价；SnCl₂中Sn元素化合价从+2变为SnCl₆^2-中的+4，化合价升高2价，则化合价变化的最小公倍数为2，所以铁离子的系数为2，Sn²⁺的系数为1，配平后的反应方程式为：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-，
故答案为：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-；
②Sn²⁺能够被Cr₂O₇^2-氧化，所以为防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差，需要用HgCl₂除去过量的SnCl₂，
故答案为：防止滴定过程中由于Sn²⁺同时还原Cr₂O₇^2-而造成较大的实验误差；
③氧化还原反应中化合价升降相等，亚铁被氧化成铁离子，转移1个电子，Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，转移6个电子，根据电子守恒可得：
      6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，
      6mol  1mol
       n   0.1000mol/L×0.0128L
         
则：n=$\frac{6mol×0.1000mol/L×0.0128L}{1mol}$=0.00768mol，
故聚铁中铁的质量分数为：$\frac{0.00768mol×\frac{100mL}{20mL}×56g/mol}{10.00g}$×100%=21.5%，
故答案为：21.5．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计，题目难度中等，涉及了元素质量分数的计算、氧化还原反应的配平等知识，试题综合性较强，充分考查了的学生的分析、理解能力及化学计算能力，是一道质量较高的题目．