Question

20．高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種高效多功能水處理劑．工業上常采用NaClO氧化法生產，反應原理為：在堿性條件下，利用NaClO氧化Fe（NO₃）₃制得Na₂FeO₄，過濾得到粗產品，再用NaOH溶液溶解，重結晶，用有機溶劑脫堿，低溫烘干得到固體樣品．反應方程式為：3NaClO+2Fe（NO₃）₃+10NaOH═2Na₂FeO₄↓+3NaCl+6NaNO₃+5H₂O
（1）上述制備過程中，用NaOH溶液溶解粗產品而不用水的原因是Na₂FeO₄在水溶液中水解后溶液呈堿性，NaOH溶液呈堿性會抑制其水解，有利于減少產品損失．
（2）高鐵酸鈉電池是一種新型可充電電池，電解質為NaOH溶液，放電時負極材料為Zn，正極產生紅褐色沉淀，寫出該電池反應方程式3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH．
（3）生產Na₂FeO₄的原料之一Fe（NO₃）₃用黑色粉末Fe（含有Fe₃O₄）與稀硝酸反應制備．準確稱取該黑色粉末13.12g，加入200mL 4mol•L^-1 HNO₃攪拌，固體完全溶解，共收集到標準狀況下2688mL的氣體，經分析其中只含有NO，并測得此時溶液中c（H⁺）=0.4mol•L^-1（設反應前后溶液體積不變）．通過以上數據，計算該黑色粉末中Fe的質量分數．（寫出計算過程，結果保留兩位小數）

Answer 1

分析 （1）根據Na₂FeO₄在水溶液中陰離子水解平衡移動的影響因素結合實際應用來判斷；
（2）根據反應信息知道：反應物是金屬鋅、高鐵酸鈉、產物是氫氧化鐵、氫氧化鋅來書寫方程式；
（3）根據元素守恒結合反應的過程來計算回答．

解答 解：（1）Na₂FeO₄在水溶液中會發生水解，并且水解后溶液呈堿性，如果在氫氧化鈉溶液中，NaOH溶液呈堿性，會抑制其水解，有利于減少產品損失，
故答案為：Na₂FeO₄ 在水溶液中水解后溶液呈堿性，NaOH溶液呈堿性會抑制其水解，有利于減少產品損失；
（2）根據反應信息知道：反應物是金屬鋅、高鐵酸鈉、產物是氫氧化鐵、氫氧化鋅，配平后的方程式為3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH，
故答案為：3Zn+2Na₂FeO₄+8H₂O=3Zn（OH）₂+2Fe（OH）₃+4NaOH；
（3）n（NO）=$\frac{2.688L}{22.4L/mol}$=0.12mol，溶液中還有H⁺，說明硝酸未反應完，所以溶液中只含Fe³⁺，溶液中有n（NO₃^-）=200mL×4mol•L^-1/1000mL•L^-1-0.12mol=0.68mol，根據電荷守恒 n（NO₃^-）×1=n（H⁺）×1+n（Fe³⁺）×3，n（Fe³⁺）=0.2mol，樣品中所有鐵元素物質的量為0.2mol．
設樣品中Fe的物質的量為x，Fe₃O₄的物質的量為y
56g•mol^-1×x+232g•mol^-1×y=13.12g
x+3y=0.2mol，
解得：x=0.11mol，y=0.03mol  
單質鐵的質量分數為$\frac{0.11mol×56g/mol}{13.12g}$×100%=47%，
故答案為：47%．

點評 本題綜合考查學生鹽的水解原理以及應用、原電池的工作原理以及元素以及化合物性質的計算等知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．