Question

1．聚合硫酸鐵（簡稱PFS，化學式為[Fe（OH）_n（SO₄）_（3-n）/2]_m）是一種新型高效的無機高分子絮凝劑，廣泛用于水的處理．現用一定質量的鐵的氧化物（如圖）為原料來制取聚合硫酸鐵，實驗步驟如圖：

（1）實驗室用18.4mol•L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需的玻璃儀器：250mL容量瓶、膠頭滴管
（2）步驟II取樣分析溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺的含量，目的是AC
A．確定下一步還原所需鐵的量       B．控制溶液中Fe²⁺與Fe³⁺含量比
C．確定氧化Fe²⁺所需ClO₂的量      D．確保鐵的氧化物酸溶完全
（3）寫出步驟Ⅳ中用ClO₂氧化（還原產物為Cl^-） 時的離子方程式_5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O
（4）為了分析產品聚合硫酸鐵溶液中SO${\;}_{4}^{2-}$與Fe³⁺物質的量之比，有人設計了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量的BaCl₂溶液，產生白色沉淀，白色沉淀經過過濾、洗滌、干燥后，稱重，其質量為m g．
（b）另取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量銅粉，充分反應后過濾、洗滌，將濾液和洗液合并配成250mL溶液，取該溶液25.00mL，與0.1000mol/L  VmL KMnO₄酸性溶液恰好完全反應．
回答下列問題：
①根據（b）中步驟判斷Cu²⁺、Fe²⁺、MnO${\;}_{4}^{-}$、Fe³⁺氧化性由強到弱的順序MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺
②聚合硫酸鐵中SO${\;}_{4}^{2-}$與Fe³⁺的物質的量之比為$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$（用含m、V的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）實驗室用18.4mol•L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所需的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺，所以確定下一步還原所需鐵的量，然后Fe²⁺再被ClO₂氧化為Fe³⁺；
（3）酸性條件下，ClO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，ClO₂被還原為Cl^-；
（4）①氧化劑氧化性強于氧化產物氧化性；
②mg白色沉淀為BaSO₄，由硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄），由原子守恒與電電子轉移守恒可得關系式：5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-，根據關系式計算n（Fe³⁺）．

解答 解：（1）實驗室用18.4mol•L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，用量筒量取濃硫酸，在燒杯中溶解，并用玻璃棒攪拌，移入2500mL容量瓶，最后需要用膠頭滴管定容，
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）因為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺，所以確定下一步還原所需鐵的量，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺，需要確定氧化Fe²⁺所需ClO₂的量，
故答案為：AC；
（3）酸性條件下，ClO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，ClO₂被還原為Cl^-，反應離子方程式為：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+Cl^-+2H₂O；
（4）①發生反應：Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺，5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，氧化劑氧化性強于氧化產物氧化性，氧化性由強到弱的順序：MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺，
故答案為：MnO₄^-＞Fe³⁺＞Cu²⁺＞Fe²⁺；
②mg白色沉淀為BaSO₄，由硫酸根守恒n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{m}{233}$mol，由原子守恒與電電子轉移守恒可得關系式：5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-，則n（Fe³⁺）=5n（MnO₄^-）=5×V×10^-3L×0.1mol/L×$\frac{250mL}{25mL}$，
n（SO₄^2-）：n（Fe³⁺）=$\frac{m}{233}$mol：5×V×10^-3L×0.1mol/L×$\frac{250mL}{25mL}$=$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$，
故答案為：$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$．

點評 本題以聚合硫酸鐵的制備為載體，考查溶液配制、氧化還原反應配平、氧化性強弱比較、化學工藝流程等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．