Question

13．暗紫色化合物A可作為電極材料的新型超鐵電磁，因具有綠色、高電壓和高能量的特點，近年來引起了電化學界的高度重視．在常溫和干燥的條件下，化合物A可以穩定的存在，但它在水溶液中不穩定，一段時間后轉化為紅褐色沉淀．
   為探究其成分，某學習興趣小組的同學取化合物A粉末進行試驗．經組成分析，該粉末僅含有O、K、Fe三種元素．另取3.96g化合物A的粉末溶于水，滴加足量的稀硫酸，向反應后的溶液中加入含有0.08mol KOH的溶液，恰好完全反應．過濾，將洗滌后的沉淀充分灼燒，得到紅棕色固體粉末1.60g；將所得濾液在一定條件下蒸發可得到一種純凈的不含結晶水的鹽10.44g．
（1）3.96g化合物A中含有Fe元素的物質的量為0.02mol，含有鉀元素的物質的量為0.04mol．化合物A的化學式為K₂FeO₄；
（2）化合物A與H₂O反應的離子方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-．
（3）為研究溫度對化合物A水溶液穩定性的影響，請設計一個實驗方案將適量K₂FeO₄固體溶解水并等分為兩份，置于不同溫度的恒溫水浴中，底部各放一張畫有“+”字的白紙，觀察記錄看不到“+”字所需時間．

Answer 1

分析 （1）紅棕色固體粉末1.60g是，物質的量是1.60g÷160g/mol=0.01mol，則根據鐵元素守恒可知3.96 g化合物A中含有Fe元素的物質的量為0.02mol．將所得濾液在一定條件下蒸發可得到一種純凈的不含結晶水的鹽10.44g，該物質是硫酸鉀，物質的量是10.44g÷174g/mol=0.06mol，則鉀離子的物質的量是0.12mol，其中有0.08mol是氫氧化鉀中的鉀離子，因此3.96 g化合物A中含有鉀元素的物質的量為0.04mol．則根據質量守恒可知氧元素的物質的量是$\frac{3.96g---0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol}{16g/mol}=0.08mol$，則K、Fe、O三種元素的個數之比是2：1：4，所以化合物A的化學式為K₂FeO₄．
（2）A在水溶液中不穩定，一段時間后轉化為紅褐色沉淀，這說明反應中有氫氧化鐵生成；
（3）由于高鐵酸鉀溶于水能分解生成氫氧化鐵紅褐色測定，因此探究溫度對化合物A水溶液穩定性的影響實驗方案可設計為將適量K₂FeO₄固體溶解水并等分為兩份，然后做對比實驗．

解答 解：（1）紅棕色固體粉末1.60g是，物質的量是1.60g÷160g/mol=0.01mol，則根據鐵元素守恒可知3.96 g化合物A中含有Fe元素的物質的量為0.02mol．將所得濾液在一定條件下蒸發可得到一種純凈的不含結晶水的鹽10.44g，該物質是硫酸鉀，物質的量是10.44g÷174g/mol=0.06mol，則鉀離子的物質的量是0.12mol，其中有0.08mol是氫氧化鉀中的鉀離子，因此3.96 g化合物A中含有鉀元素的物質的量為0.04mol．則根據質量守恒可知氧元素的物質的量是$\frac{3.96g---0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol}{16g/mol}=0.08mol$，則K、Fe、O三種元素的個數之比是2：1：4，所以化合物A的化學式為K₂FeO₄．
根據以上分析，3.96g化合物A中含有Fe元素的物質的量為0.02mol，含有鉀元素的物質的量為0.04mol．化合物A的化學式為K₂FeO₄；
故答案為：0.02；0.04；K₂FeO₄；
（2）由上述分析可知，A的化學式為：K₂FeO₄，高鐵酸鉀與水反應生成氧氣和Fe（OH）₃、氫氧化鉀，反應方程式為4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，離子方程式為4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（3）其方法為：將適量K₂FeO₄固體溶解水并等分為兩份，置于不同溫度的恒溫水浴中，底部各放一張畫有“+”字的白紙，觀察記錄看不到“+”字所需時間，
故答案為：將適量K₂FeO₄固體溶解水并等分為兩份，置于不同溫度的恒溫水浴中，底部各放一張畫有“+”字的白紙，觀察記錄看不到“+”字所需時間．

點評 本題考查無機物推斷，屬于計算型推斷，綜合考查學生閱讀題目獲取信息的能力、計算能力、設計實驗能力等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力，題目難度中等．