Question

17．铁及其化合物有重要用途，如聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m是一种新型高效的水处理混凝剂，而高铁酸钾（其中铁的化合价为+6）是一种重要的杀菌消毒剂，某课题小组设计如下方案制备上述两种产品：

请回答下列问题：
（1）若A为H₂O（g），写出反应方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）若B为NaClO₃与稀硫酸，写出其氧化Fe²⁺的离子方程式（还原产物为Cl^-）6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）若C为KNO₃和KOH的混合物，写出其与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾（K₂FeO₄）的化学方程式，并配平：
□Fe₂O₃+□KNO₃+□KOH□→K₂FeO₄+□KNO₂+□H₂O
（4）为测定溶液Ⅰ中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液Ⅰ于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH＜3，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后，再用0.1000mol?L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL．
已知：
2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₄^2-
①滴定选用的指示剂及滴定终点观察到的现象淀粉；溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色；
②溶液Ⅰ中铁元素的总含量为5.6g?L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将偏高（填“偏高”“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 如果A是水，则高温条件下，Fe和水发生反应为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；四氧化三铁和稀硫酸反应生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃；向溶液I中加入B，若B为NaClO₃与稀硫酸，发生氧化、水解、聚合反应生成[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m，亚铁离子被氯酸根离子氧化生成铁离子，自身被还原生成氯离子，离子方程式为6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
若C为KNO₃和KOH的混合物，其与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾（K₂FeO₄），反应方程式为Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O；
（1）铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气；
（2）溶液Ⅰ中含有亚铁离子，酸性条件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺为Fe³⁺，本身被还原为Cl^-，根据得失电子相等、电荷守恒、质量守恒配平；
（3）若C为KKO₃和KOH的混合物，与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾，则缺项物质为K₂FeO₄和H₂O，根据得失电子相等、质量守恒配平；
（4）①反应原理中有碘单质生成和消耗，碘单质遇到淀粉显示蓝色，可选淀粉为指示剂；当碘单质完全反应后溶液由蓝色变为无色，据此判断滴定终点；
②根据反应2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-找出关系式Fe³⁺～S₂O₃^2-，然后根据关系式计算出铁离子的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算出铁元素含量；双氧水能氧化S₂O₃^2-．

解答 解：如果A是水，则高温条件下，Fe和水发生反应为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；四氧化三铁和稀硫酸反应生成FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃；向溶液I中加入B，若B为NaClO₃与稀硫酸，发生氧化、水解、聚合反应生成[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3n/2]_m，亚铁离子被氯酸根离子氧化生成铁离子，自身被还原生成氯离子，离子方程式为6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
若C为KNO₃和KOH的混合物，其与Fe₂O₃加热共融制得高铁酸钾（K₂FeO₄），反应方程式为Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O；
（1）铁与水蒸气在高温下反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（2）根据题中流程可知，四氧化三铁与硫酸反应生成硫酸铁、硫酸亚铁，在溶液Ⅰ中含有亚铁离子，酸性条件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺为Fe³⁺，本身被还原为Cl^-，根据化合价升降相等配平，配平后的离子方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）KNO₃和KOH的混合物，写出其与Fe₂O₃加热共融制得K₂FeO₄，则缺项中有一种为K₂FeO₄，K₂FeO₄中铁元素化合价为+6，则亚铁离子从+3价变为+6价，化合价升高3价，化合价至少升高3×2=6价；KNO₃中N元素从+5降为KNO₂中的+3价，化合价降低2价，则化合价最小公倍数为6，所以氧化铁的系数为1，KNO₃的系数为3，然后根据质量守恒定律配平，配平后的方程式为：Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O，
故答案为：1；3；2；K₂FeO₄；3；H₂O；
（4）①Fe³⁺氧化I^-生成I₂，淀粉遇碘变蓝，选择淀粉溶液作指示剂；当加入最后一滴硫代硫酸钠溶液时，蓝色消失，且半分钟不变色说明是终点，
故答案为：淀粉，溶液由蓝色变无色且保持半分钟不变色；
②由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，则n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，铁元素总含量为：$\frac{0.002mol×56g/mol}{0.02L}$=5.6g/L；
H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若过氧化氢没有除尽，则消耗硫代硫酸钠溶液体积偏大，所测结果偏高，
故答案为：5.6；偏高．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及氧化还原反应及氧化还原反应滴定、方程式的配平等知识点，侧重考查学生分析计算能力，易错点是误差分析，题目难度中等．