Question

暗紫色化合物M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M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，同時產生一種氣體單質．某興趣小組的同學對化合物M進行組成分析，確定M中僅含有A、B、C三種元素，其中元素A最外層電子數為電子層數的3倍；元素B為常見金屬元素；元素C為第四周期中金屬性最強的元素．取3.96g化合物M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）B元素在元素周期表中的位置

 

；A的原子結構示意圖

 

．
（2）化合物M的化學式為

 

；化合物A與H₂O反應的離子方程式為

 

．
（3）化合物M還可作為一種“綠色高效多功能”水處理劑．原因是

 

．
（4）化合物M的制備還可通過氧化法，試寫出在KOH存在條件下用次氯酸鉀氧化氫氧化鐵制備M的化學方程式

 

．
（5）目前，人們針對化合物M的穩定性進行了大量的探索，并取得了一定的進展．下列物質中有可能提高化合物M水溶液穩定性的是

 

．
A．亞硫酸鈉        B．KOH      C．醋酸       D．Fe（NO₃）₃
（6）為研究溫度對化合物M水溶液穩定性的影響，請設計一個實驗方案

 

．

Answer 1

考點：無機物的推斷

專題：推斷題

分析：在常溫和干燥的條件下，化合物M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，同時產生一種氣體單質，該紅褐色沉淀為Fe（OH）₃；可推知M含有Fe元素，M中僅含有A、B、C三種元素，其中元素A最外層電子數為電子層數的3倍，則A為O元素，元素C為第四周期中金屬性最強的元素，則C為K元素，元素B為常見金屬元素，則B為Fe元素；紅棕色固體粉末1.60g為氧化鐵，由鐵元素守恒可知，3.96g化合物M含鐵：

1.6g

160g/mol

×2=0.02mol，不含結晶水的鹽10.44g為硫酸鉀，3.96g化合物M中含鉀：

10.44g

174g/mol

×2-0.08mol=0.04mol，3.96g化合物M中含氧：

3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol

16g/mol

=0.08mol，故鉀、鐵、氧的個數比為：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故M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↑，據此解答．

解答： 解：在常溫和干燥的條件下，化合物M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，同時產生一種氣體單質，該紅褐色沉淀為Fe（OH）₃；可推知M含有Fe元素，M中僅含有A、B、C三種元素，其中元素A最外層電子數為電子層數的3倍，則A為O元素，元素C為第四周期中金屬性最強的元素，則C為K元素，元素B為常見金屬元素，則B為Fe元素；
紅棕色固體粉末1.60g為氧化鐵，由鐵元素守恒可知，3.96g化合物M含鐵：

1.6g

160g/mol

×2=0.02mol，
不含結晶水的鹽10.44g為硫酸鉀，3.96g化合物M中含鉀：

10.44g

174g/mol

×2-0.08mol=0.04mol，
3.96g化合物M中含氧：

3.96g-0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol

16g/mol

=0.08mol，
鉀、鐵、氧的個數比為：0.04mol：0.02mol：0.08mol=2：1：4，故M的化學式為：K₂FeO₄；
（1）B為Fe元素，位于周期表中第四周期Ⅷ族；A為O元素，原子結構示意圖為：，故答案為：第四周期Ⅷ族；；
（2）由上述分析可知，M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：K₂FeO₄；4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（3）K₂FeO₄中鐵元素化合價為+6價，價態高，易得電子，表現強氧化性，+6價的Fe元素易得電子表現出強氧化性，可殺菌消毒；還原產物Fe元素為+3價，在水中形成Fe（OH）₃膠體，可吸附水中懸浮物并可使泥沙聚沉，
故答案為：+6價的鐵具有強氧化性可以殺菌消毒，其還原產物Fe³⁺水解生成氫氧化鐵膠體凈水；
（4）氫氧化鐵被次氯酸鉀氧化為高鐵酸鉀，次氯酸鉀被還原為氯化鉀，同時生成H₂O，反應的方程式方程式為3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O，
故答案為：3KClO+4KOH+2Fe（OH）₃=2K₂FeO₄+3KCl+5H₂O；
（5）A．亞硫酸鈉具有還原性，會被高鐵酸鉀氧化，故A錯誤；
B．高鐵酸鉀在堿性條件下生成，故B正確；
C．高鐵酸鉀在水溶液中不穩定，與酸反應，故C錯誤；
D．鐵離子與反應生成的KOH反應，使高鐵酸鉀在水溶液中更不穩定，故D錯誤；
故答案為：B；
（5）固定其他條件，改變溫度，看析出沉淀的快慢，故答案為：取少量的樣品放入試管加水溶解，分成兩等份于兩試管中，分別放在冷水和熱水中，觀察生成紅褐色沉淀的快慢．

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，題目難度較大，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．