Question

5．K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O[三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體]是制備負載型活性鐵催化劑的主要原料，也是一些有機反應很好的催化劑．如圖1是在實驗室中制備K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：
回答下列問題：
（1）步驟Ⅰ中加入稀硫酸的目的是抑制Fe²⁺水解．
步驟Ⅱ中發生的主要反應為一可逆反應，其離子方程式為Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺．
常溫下，該反應的平衡常數K=0.56[已知常溫下：K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10^-3、K_a2（H₂C₂O₄）=2.1×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]．
（2）下列試劑均可將FeC₂O₄氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最適宜作為“試劑a”的是c（填序號）
a．氯水  b．酸性KMnO₄溶液  c．H₂O₂溶液  d．稀硝酸
（3）使用托盤天平稱量制得的K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的質量．天平平衡時，右盤內砝碼的總質量為20g，游碼示數如圖2所示，則制得晶體的質量為21.9g，該實驗中K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的產率為44.6%．（已知：K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O[的相對分子質量為491，FeSO₄•7H₂O的相對分子質量為278）

Answer 1

分析 制備K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：硫酸亞鐵加入稀硫酸抑制Fe²⁺水解，硫酸亞鐵與草酸反應生成草酸亞鐵沉淀，用過氧化氫將草酸亞鐵氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，加入草酸溶液煮沸后，一定條件下結晶得到K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O晶體．
（1）亞鐵離子在水溶液中水解，加入稀硫酸抑制水解；步驟Ⅱ中發生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本質為亞鐵離子和草酸生成草酸亞鐵的沉淀，根據其離子反應方程式結合K_a1（H₂C₂O₄）=5.6×10^-3、K_a2（H₂C₂O₄）=2.1×10^-5、K_sp（FeC₂O₄）=2.1×10^-7]書寫該反應的平衡常數；
（2）雙氧水為綠色氧化劑，反應后煮沸即可過量的雙氧水；
（3）被測物體的質量等于砝碼的總質量與游碼所對刻度之和．根據鐵原子守恒計算出理論K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O質量，產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%．

解答 解：（1）步驟Ⅰ中：亞鐵離子在水溶液中水解：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，溶解的過程中要加入幾滴稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解，步驟Ⅱ中發生（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+6H₂O，本質為亞鐵離子和草酸生成草酸亞鐵的沉淀，所以離子反應為：Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺，化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值，常溫下，該反應的平衡常數K=$\frac{{C}^{2}（{H}^{+}）}{C（F{e}^{2+}）×C（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{{K}_{a1}×{K}_{a2}}{{K}_{sp}}$=$\frac{5.6×1{0}^{-3}×2.1×1{0}^{-5}}{2.1×1{0}^{-7}}$=0.56，
故答案為：抑制Fe²⁺水解；Fe²⁺+H₂C₂O₄?FeC₂O₄↓+2H⁺；0.56；
（2）將FeC₂O₄氧化為K₃[Fe（C₂O₄）₃]，最適宜作為“試劑a”是H₂O₂溶液，反應為 2FeC₂O₄+H₂O₂+3K₂C₂O₄+H₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]↓+2H₂O，溫度較高時，H₂O₂分解，反應后煮沸即可過量的雙氧水，其它氧化劑引入雜質，
故答案為：C；
（3）在天平的標尺上，1g之間有10個小格，一個小格代表的質量是0.1g，即天平的分度值為0.1g；被測物體的質量為20g+1.9g=21.9g，27.6克FeSO₄•7H₂O，物質的量為$\frac{27.6g}{276g/mol}$=0.1mol，根據鐵原子守恒，理論生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的物質的量為0.1mol，質量為：0.1mol×491g/mol=49.1g，產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$×100%=$\frac{21.9g}{49.1g}$×100%≈44.6%，
故答案為：21.9；44.6%．

點評 本題考查了物質制備實驗過程分析判斷，為高頻考點，把握發生的化學反應及實驗操作為解答的關鍵，側重分析能力的考查，注意信息與所學知識的結合，題目難度中等．