Question

14．铁、铝及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用．
（1）某研究性学习小组设计了如图1所示装置探究钢铁的腐蚀与防护．在相同条件下，三组装置中铁电极腐蚀最快的是① （填装置序号），该装置中正极电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；为防止金属Fe被腐蚀，可以采用上述②③（填装置序号）装置原理进行防护；装置③中总反应的离予方程式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-．
（2）新型固体LiFePO₄隔膜电池广泛应用于电动汽车．
电池反应为FePO₄+Li$?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，电解质为含Li⁺的导电固体，且充、放电时电池内两极间的隔膜只允许Li⁺自由通过而导电．该电池放电时Li⁺向正极移动（填“正”或“负”），负极反应为Li-e^-=Li⁺，则正极反应式为FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．
（3）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如图2：回答下列问题：
①操作I、Ⅱ的名称分别是过滤、洗涤．
②写出在空气中锻烧FeCO₃的化学方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）有些同学认为KMnO₄溶液滴定也能进行铁元素含量的测定（5Fe²⁺+MnO${\;}_{4}^{-}$+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
a．称取2.850g绿矾 （FeSO₄•7H₂O）产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为 20.00mL．计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为0.9754．

Answer 1

分析 （1）在相同条件下，三组装置中铁电极腐蚀快慢速率为：原电池负极＞原电池正极＞电解池阴极；该原电池中，正极上氧气得电子发生还原反应；为防止铁被腐蚀，铁可以作原电池正极或电解池阴极；装置③中阳极上氯离子放电、阴极上氢离子放电；
（2）放电时，该装置是原电池，阳离子向正极移动；依据总反应方程式和负极电极反应计算得到正极电极反应式；
（3）分离不溶性固体和溶液采用过滤的方法分离，除去不溶性固体上可溶性杂质采用洗涤的方法；FeCO₃与氧气反应生成三氧化二铁和二氧化碳
（4）根据仪器的作用选取仪器；根据亚铁离子和高锰酸钾之间的关系式计算绿矾的质量分数．

解答 解：（1）①装置为原电池铁为负极被腐蚀；②装置为原电池锌做负极被腐蚀，铁做正极被保护；③装置为电解池，铁做阴极被保护；所以①组装置中铁电极腐蚀最快；正极反应是氧气得到电子发生还原反应，电极反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②③装置中铁被保护装置③中发生的是电解饱和食盐水的反应，阳极是氯离子失电子生成氯气，阴极是氢离子得到电子发生还原反应，反应离子方程式为：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
故答案为：①；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②③；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
（2）FePO₄+Li $?_{充电}^{放电}$LiFePO₄，放电过程是原电池，阳离子向正极移动，总反应方程式减去负极反应得到正极电极反应为FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄，
故答案为：正；FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（3）①分离可溶物和不溶物用过滤，除去固体上的少量可溶性杂质用洗涤，
故答案为：过滤；洗涤；
②在空气中煅烧FeCO₃，FeCO₃与氧气反应生成三氧化二铁和二氧化碳，反应方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）25ml溶液被高锰酸钾溶液滴定反应，终点时消耗亚铁离子物质的量为：
                    MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
                     1    5
  0.02000L×0.0100mol/L    n（Fe²⁺）
n（Fe²⁺）=0.00100mol；
配制的250ml溶液中含亚铁离子物质的量n=0.01mol；
样品中绿矾的质量分数=$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$=0.9754，
故答案为：0.9754．

点评 本题以铁及其化合物为载体考查了物质含量的测定、原电池和电解池原理，题目难度中等，注意（4）中小数的保留、（3）中亚铁离子易被氧化生成铁离子，这些都是易错点．