Question

12．聚合硫酸鐵（PAFC）簡稱聚鐵，是一種高效的無機高分子混凝劑、凈水劑，其化學式為[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m（n＞2，m≤10）．實驗室利用硫酸亞鐵制取聚鐵的主要流程如下：

（1）寫出加入H₂O₂發生反應的離子方程式：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）在上述流程中加入濃硫酸將溶液pH調到0.5～1的作用是①抑制Fe²⁺水解；②提高H₂O₂的氧化能力（或促進Fe²⁺被氧化）．
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m的化學方程式為2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O．
（4）測定聚鐵中含鐵量的方法為：把聚鐵溶于過量酸中，先用過量SnCl₂將Fe³⁺還原成 Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液，然后用標準的K₂Cr₂O₇溶液（先加入幾滴試亞鐵靈指示劑）滴定溶液中的Fe²⁺．此過程發生的部分反應為：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^-=Hg₂Cl₂↓+SnCl₆^2-
Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①寫出過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-的離子方程式：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-；
②用HgCl₂除去過量的SnCl₂的目的是防止滴定過程中由于Sn²⁺同時還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差；
③若稱取聚鐵質量為10.00g配成100.0mL溶液，取出20.00mL，經上述方法處理后，再用0.1000mol•L^-1K₂Cr₂O₇標準溶液滴定，達到終點時，消耗標準溶液12.80mL，則聚鐵中鐵元素的質量分數為21.5%．

Answer 1

分析 實驗室利用硫酸亞鐵制取聚鐵，在硫酸亞鐵溶液中加入濃硫酸調節PH值，用雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，利用鐵離子水解，再與硫酸根結合生成聚鐵，進而得到固態聚鐵，
（1）雙氧水具有強氧化性，能夠將亞鐵離子氧化成鐵離子，據此寫出反應的離子方程式；
（2）根據亞鐵離子在溶液中易水解，所以加酸可以抑制亞鐵離子的水解，同時酸性條件下雙氧水的氧化性增強；
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，反應物為：FeSO₄、H₂O₂、H₂SO₄，生成物為：[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，亞鐵離子化合價從+2升高1價變為+3價鐵離子，由于產物[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m中含有m個鐵離子，則化合價至少升高m價，雙氧水中O元素從-1價較低為-2價，化合價降低1價，雙氧水中含有2個O原子，至少降低2價，所以化合價變化的最小公倍數為2m，硫酸亞鐵的系數為2，雙氧水的系數為m，然后根據質量守恒定律配平反應的方程式；
（4）①根據題意，過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-，根據電子得失守恒和元素守恒可書寫反應的離子方程式；
②根據Sn²⁺能夠還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差進行判斷；
③根據關系式6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-計算出亞鐵離子物質的量，進而計算聚鐵中鐵的質量分數．

解答 解：（1）硫酸亞鐵溶液中加入雙氧水后，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根據制取流程可知，下一步需要加入雙氧水氧化亞鐵離子，雙氧水在酸性條件下氧化性增強，所以加入濃硫酸后可以提高雙氧水的氧化能力；亞鐵離子在溶液中容易發生水解，加入濃硫酸增大溶液中氫離子，可以抑制Fe²⁺水解，
故答案為：抑制Fe²⁺水解；提高H₂O₂的氧化能力（或促進Fe²⁺被氧化）；
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，反應物為：FeSO₄、H₂O₂、H₂SO₄，生成物為：[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，亞鐵離子化合價從+2升高1價變為+3價鐵離子，由于產物[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m中含有m個鐵離子，則化合價至少升高m價，雙氧水中O元素從-1價較低為-2價，化合價降低1價，雙氧水中含有2個O原子，至少降低2價，所以化合價變化的最小公倍數為2m，硫酸亞鐵的系數為2，雙氧水的系數為m，然后根據質量守恒定律配平，配平后的方程式為：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O，
故答案為：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O；
（4）①過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成Fe²⁺和SnCl₆^2-，鐵離子化合價從+3變為+2，化合價降低1價；SnCl₂中Sn元素化合價從+2變為SnCl₆^2-中的+4，化合價升高2價，則化合價變化的最小公倍數為2，所以鐵離子的系數為2，Sn²⁺的系數為1，配平后的反應方程式為：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-，
故答案為：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-；
②Sn²⁺能夠被Cr₂O₇^2-氧化，所以為防止滴定過程中由于Sn²⁺同時還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差，需要用HgCl₂除去過量的SnCl₂，
故答案為：防止滴定過程中由于Sn²⁺同時還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差；
③氧化還原反應中化合價升降相等，亞鐵被氧化成鐵離子，轉移1個電子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，轉移6個電子，根據電子守恒可得：
      6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，
      6mol  1mol
       n   0.1000mol/L×0.0128L
         
則：n=$\frac{6mol×0.1000mol/L×0.0128L}{1mol}$=0.00768mol，
故聚鐵中鐵的質量分數為：$\frac{0.00768mol×\frac{100mL}{20mL}×56g/mol}{10.00g}$×100%=21.5%，
故答案為：21.5．

點評 本題考查了物質制備實驗方案的設計，題目難度中等，涉及了元素質量分數的計算、氧化還原反應的配平等知識，試題綜合性較強，充分考查了的學生的分析、理解能力及化學計算能力，是一道質量較高的題目．