Question

8．鐵是人類較早使用的金屬之一，鐵及其化合物在現代社會各個領域仍有廣泛的應用．
I．氧化物-Fe₂O₃：用工業FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質離子）制取高純鐵紅，實驗室常用萃取劑X（甲基異丁基甲酮）萃取法制取高純鐵紅的主要實驗步驟如下：

已知：HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄．試回答下列問題：
（1）用萃取劑X萃取，該步驟中：
①Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等雜質離子主要在水（填“水”或“有機”）相．
②若實驗時共用萃取劑X 150mL，萃取率最高的方法是c（填字母）．
a．一次性萃取，150mL     b．分2次萃取，每次75mL     c．分3次萃取，每次50mL
（2）用高純水反萃取，萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl₃（寫化學式）；反萃取能發生的原因是加高純水時，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉化為FeCl₃的方向移動．
（3）所得草酸鐵沉淀需用冰水洗滌，其目的一是洗去沉淀表面吸附的雜質離子，二是減少草酸鐵晶體的溶解損耗．
（4）測定產品中鐵的含量需經酸溶、還原為Fe²⁺，然后在酸性條件下用標準K₂Cr₂O₇溶液滴定，已知鉻的還原產物為Cr³⁺，寫出該滴定反應的離子方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
II．含氧酸鹽-鐵酸銅（CuFe₂O₄）是很有前景的熱化學分解水制氫的材料，CuFe₂O₄在制氫過程中可以循環使用．在熱化學循環分解水制氫的過程中，鐵酸銅（CuFe₂O₄）先要煅燒成氧缺位體（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氫越容易．
（5）根據以上提示，寫出氧缺位體與水常溫下反應制氫的化學方程式CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
（6）課外小組將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，則氧缺位值（a）=0.51．（結果保留小數點后2位）

Answer 1

分析 （1）根據流程圖可知，FeCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有機相即可得到較純的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取時Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應在水相中，萃取劑X總量一定時，萃取的次數越多，效果越好，據此判斷；
（2）根據元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是氯化鐵，用甲基異丁基甲酮萃取時，在有機相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉化為FeCl₃的方向移動，所以用高純水可以進行反萃取；
（3）用冰水洗滌可以減少草酸鐵晶體的溶解損耗；
（4）在酸性條件下Fe²⁺與K₂Cr₂O₇溶液反應生成Cr³⁺和鐵離子，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（5）氧缺位體（CuFe₂O_4-a）可以奪取水分子了中的氧原子，從而生成氫氣，根據元素守恒書寫化學方程式；
（6）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，減少的質量即為失去的氧元素的質量，根據CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可計算出a的值；

解答 解：（1）根據流程圖可知，FeCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有機相即可得到較純的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取時Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應在水相中，萃取劑X總量一定時，萃取的次數越多，效果越好，故選c，
故答案為：水；c；
（2）根據元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl₃，用甲基異丁基甲酮萃取時，在有機相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉化為FeCl₃的方向移動，所以用高純水可以進行反萃取，
故答案為：FeCl₃；加高純水時，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉化為FeCl₃的方向移動；
（3）用冰水洗滌可以減少草酸鐵晶體的溶解損耗，
故答案為：減少草酸鐵晶體的溶解損耗；
（4）在酸性條件下Fe²⁺與K₂Cr₂O₇溶液反應生成Cr³⁺和鐵離子，反應的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（5）氧缺位體（CuFe₂O_4-a）可以奪取水分子了中的氧原子，從而生成氫氣，反應的化學方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑，
故答案為：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
（6）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，減少的質量即為失去的氧元素的質量，根據CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可知$\frac{16a}{240}$×100%=1-96.6%，所以a=0.51，
故答案為：0.51．

點評 本題考查了物質分離提純的方法分析，涉及實驗基本操作、離子方程式的書寫、化學計算等知識，注意反應過程中原子守恒的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．