Question

14．鐵、鋁及其化合物在生產和生活中有著廣泛的應用．
（1）某研究性學習小組設計了如圖1所示裝置探究鋼鐵的腐蝕與防護．在相同條件下，三組裝置中鐵電極腐蝕最快的是① （填裝置序號），該裝置中正極電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；為防止金屬Fe被腐蝕，可以采用上述②③（填裝置序號）裝置原理進行防護；裝置③中總反應的離予方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-．
（2）新型固體LiFePO₄隔膜電池廣泛應用于電動汽車．
電池反應為FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，電解質為含Li⁺的導電固體，且充、放電時電池內兩極間的隔膜只允許Li⁺自由通過而導電．該電池放電時Li⁺向正極移動（填“正”或“負”），負極反應為Li-e^-=Li⁺，則正極反應式為FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄．
（3）氧化鐵是重要工業顏料，用廢鐵屑制備它的流程如圖2：回答下列問題：
①操作I、Ⅱ的名稱分別是過濾、洗滌．
②寫出在空氣中鍛燒FeCO₃的化學方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）有些同學認為KMnO₄溶液滴定也能進行鐵元素含量的測定（5Fe²⁺+MnO${\;}_{4}^{-}$+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
a．稱取2.850g綠礬 （FeSO₄•7H₂O）產品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為 20.00mL．計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為0.9754．

Answer 1

分析 （1）在相同條件下，三組裝置中鐵電極腐蝕快慢速率為：原電池負極＞原電池正極＞電解池陰極；該原電池中，正極上氧氣得電子發生還原反應；為防止鐵被腐蝕，鐵可以作原電池正極或電解池陰極；裝置③中陽極上氯離子放電、陰極上氫離子放電；
（2）放電時，該裝置是原電池，陽離子向正極移動；依據總反應方程式和負極電極反應計算得到正極電極反應式；
（3）分離不溶性固體和溶液采用過濾的方法分離，除去不溶性固體上可溶性雜質采用洗滌的方法；FeCO₃與氧氣反應生成三氧化二鐵和二氧化碳
（4）根據儀器的作用選取儀器；根據亞鐵離子和高錳酸鉀之間的關系式計算綠礬的質量分數．

解答 解：（1）①裝置為原電池鐵為負極被腐蝕；②裝置為原電池鋅做負極被腐蝕，鐵做正極被保護；③裝置為電解池，鐵做陰極被保護；所以①組裝置中鐵電極腐蝕最快；正極反應是氧氣得到電子發生還原反應，電極反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②③裝置中鐵被保護裝置③中發生的是電解飽和食鹽水的反應，陽極是氯離子失電子生成氯氣，陰極是氫離子得到電子發生還原反應，反應離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
故答案為：①；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；②③；2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；
（2）FePO₄+Li $?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，放電過程是原電池，陽離子向正極移動，總反應方程式減去負極反應得到正極電極反應為FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄，
故答案為：正；FePO₄+Li⁺+e^-=LiFePO₄；
（3）①分離可溶物和不溶物用過濾，除去固體上的少量可溶性雜質用洗滌，
故答案為：過濾；洗滌；
②在空氣中煅燒FeCO₃，FeCO₃與氧氣反應生成三氧化二鐵和二氧化碳，反應方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）25ml溶液被高錳酸鉀溶液滴定反應，終點時消耗亞鐵離子物質的量為：
                    MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
                     1    5
  0.02000L×0.0100mol/L    n（Fe²⁺）
n（Fe²⁺）=0.00100mol；
配制的250ml溶液中含亞鐵離子物質的量n=0.01mol；
樣品中綠礬的質量分數=$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$=0.9754，
故答案為：0.9754．

點評 本題以鐵及其化合物為載體考查了物質含量的測定、原電池和電解池原理，題目難度中等，注意（4）中小數的保留、（3）中亞鐵離子易被氧化生成鐵離子，這些都是易錯點．