Question

2．鐵及其化合物有重要用途，如聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m是一種新型高效的水處理混凝劑，而高鐵酸鉀（其中鐵的化合價為+6）是一種重要的殺菌消毒劑，某課題小組設計如下方案制備上述兩種產品：
請回答下列問題：
（1）若A為H₂O（g），寫出反應方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃0₄+4H₂；
（2）若B為NaClO₃與稀硫酸，寫出其氧化Fe²⁺的離子方程式（還原產物為Cl^-）6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）若C為KNO₃和KOH的混合物，寫出其與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀（K₂FeO₄）的化學方程式，并配平：
□Fe₂O₃+□KNO₃+□KOH→□K₂FeO₄+□KNO₂+□H₂O
（4）為測定溶液Ⅰ中鐵元素的總含量，實驗操作如下：準確量取20.00mL溶液Ⅰ于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調節pH＜3，加熱除去過量H₂O₂；加入過量KI充分反應后，再用0.1000mol?L^-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液20.00mL．
已知：
2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂
I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₄^2-
①滴定選用的指示劑及滴定終點觀察到的現象淀粉，溶液由藍色變無色且保持半分鐘不變色；
②溶液Ⅰ中鐵元素的總含量為5.6 g?L^-1．若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，所測定的鐵元素的含量將會偏高（填“偏高”“偏低”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）鐵與水蒸氣在高溫下反應生成四氧化三鐵和氫氣；
（2）溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據得失電子相等、電荷守恒、質量守恒配平；
（3）若C為KKO₃和KOH的混合物，與Fe₂O₃加熱共融制得高鐵酸鉀，則缺項物質為K₂FeO₄和H₂O，根據得失電子相等、質量守恒配平；
（4）①反應原理中有碘單質生成和消耗，碘單質遇到淀粉顯示藍色，可選淀粉為指示劑；當碘單質完全反應后溶液由藍色變為無色，據此判斷滴定終點；
②根據反應2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-找出關系式Fe³⁺～S₂O₃^2-，然后根據關系式計算出鐵離子的物質的量，再根據c=$\frac{n}{V}$計算出鐵元素含量；根據雙氧水對消耗S₂O₃^2-的物質的量的影響判斷誤差．

解答 解：（1）Fe與水蒸氣在高溫下反應的化學方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃0₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃0₄+4H₂；
（2）根據題中流程可知，四氧化三鐵與硫酸反應生成硫酸鐵、硫酸亞鐵，在溶液Ⅰ中含有亞鐵離子，酸性條件下，ClO₃^-氧化Fe²⁺為Fe³⁺，本身被還原為Cl^-，根據化合價升降相等配平，配平后的離子方程式為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺═6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O；
（3）KNO₃和KOH的混合物，寫出其與Fe₂O₃加熱共融制得K₂FeO₄，則缺項中有一種為K₂FeO₄，K₂FeO₄中鐵元素化合價為+6，則亞鐵離子從+3價變為+6價，化合價升高3價，化合價至少升高3×2=6價；KNO₃中N元素從+5降為KNO₂中的+3價，化合價降低2價，則化合價最小公倍數為6，所以氧化鐵的系數為1，KNO₃的系數為3，然后根據質量守恒定律配平，配平后的方程式為：Fe₂O₃+3KNO₃+2KOH=K₂FeO₄+3KNO₂+H₂O，
故答案為：1、3、2、K₂FeO₄、3、H₂O；
（4）①Fe³⁺氧化I^-生成I₂，淀粉遇碘變藍，選擇淀粉溶液作指示劑；當加入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時，藍色消失，且半分鐘不變色說明是終點，
故答案為：淀粉，溶液由藍色變無色且保持半分鐘不變色；
②由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，則n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，鐵元素總含量為：$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；
H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若過氧化氫沒有除盡，則消耗硫代硫酸鈉溶液體積偏大，所測結果偏高，
故答案為：5.6；偏高．

點評 本題考查了物質的制備方案的設計、常見離子的檢驗、氧化還原反應配平、化學計算等知識，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，是一道質量結合的題目，充分考查了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．