Question

20．高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种高效多功能水处理剂．工业上常采用NaClO氧化法生产，反应原理为：在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe（NO₃）₃制得Na₂FeO₄，过滤得到粗产品，再用NaOH溶液溶解，重结晶，用有机溶剂脱碱，低温烘干得到固体样品．反应方程式为：3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH═2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
（1）上述制备过程中，用NaOH溶液溶解粗产品而不用水的原因是Na₂FeO₄在水溶液中水解后溶液呈碱性，NaOH溶液呈碱性会抑制其水解，有利于减少产品损失．
（2）高铁酸钠电池是一种新型可充电电池，电解质为NaOH溶液，放电时负极材料为Zn，正极产生红褐色沉淀，写出该电池反应方程式3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH．
（3）生产Na₂FeO₄的原料之一Fe（NO₃）₃用黑色粉末Fe（含有Fe₃O₄）与稀硝酸反应制备．准确称取该黑色粉末13.12g，加入200mL 4mol•L^-1 HNO₃搅拌，固体完全溶解，共收集到标准状况下2688mL的气体，经分析其中只含有NO，并测得此时溶液中c（H⁺）=0.4mol•L^-1（设反应前后溶液体积不变）．通过以上数据，计算该黑色粉末中Fe的质量分数．（写出计算过程，结果保留两位小数）

Answer 1

分析 （1）根据Na₂FeO₄在水溶液中阴离子水解平衡移动的影响因素结合实际应用来判断；
（2）根据反应信息知道：反应物是金属锌、高铁酸钠、产物是氢氧化铁、氢氧化锌来书写方程式；
（3）根据元素守恒结合反应的过程来计算回答．

解答 解：（1）Na₂FeO₄在水溶液中会发生水解，并且水解后溶液呈碱性，如果在氢氧化钠溶液中，NaOH溶液呈碱性，会抑制其水解，有利于减少产品损失，
故答案为：Na₂FeO₄ 在水溶液中水解后溶液呈碱性，NaOH溶液呈碱性会抑制其水解，有利于减少产品损失；
（2）根据反应信息知道：反应物是金属锌、高铁酸钠、产物是氢氧化铁、氢氧化锌，配平后的方程式为3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH，
故答案为：3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH；
（3）n（NO）=$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，溶液中还有H⁺，说明硝酸未反应完，所以溶液中只含Fe³⁺，溶液中有n（NO₃^-）=200mL×4mol•L^-1/1000mL•L^-1-0.12mol=0.68mol，根据电荷守恒 n（NO₃^-）×1=n（H⁺）×1+n（Fe³⁺）×3，n（Fe³⁺）=0.2mol，样品中所有铁元素物质的量为0.2mol．
设样品中Fe的物质的量为x，Fe₃O₄的物质的量为y
56g•mol^-1×x+232g•mol^-1×y=13.12g
x+3y=0.2mol，
解得：x=0.11mol，y=0.03mol  
单质铁的质量分数为$\frac{0.11mol×56g/mol}{13.12g}$×100%=47%，
故答案为：47%．

点评 本题综合考查学生盐的水解原理以及应用、原电池的工作原理以及元素以及化合物性质的计算等知识，属于综合知识的考查，难度中等．