Question

7．高氯酸鉀廣泛用于火箭及熱電池等領域．實驗室制取高氯酸鉀的步驟為：稱取一定質量的KC1、NaClO₄，溶解后混合，經冷卻、過濾、濾出晶體用蒸餾水多次洗滌及真空干燥得到．有關物質溶解度與溫度的關系如下表：

溫度         溶解度 化學式	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃
KC104	0.76	1.06	1.68	2.56	3.73
KC1	28	31.2	34.2	37.2	40.1
NaClO4	167	183	201	222	245

（1）寫出實驗室制取高氯酸鉀的化學方程式NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；用蒸餾水多次洗滌晶體的目的是盡可能除去溶解度較大的雜質．
（2）熱電池是以熔鹽作電解質，利用熱源使其熔化而激活得一次儲備電池．Li/FeS₂熱電池工作時，Li轉變為硫化鋰，FeS₂轉變為鐵，該電池工作時，電池總反應為FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S．
（3）Fe和KC10₄反應放出的熱量能為熔鹽電池提供550-660℃的溫度，使低熔點鹽熔化導電，從而激活電池，其供熱原理為：KClO₄（s）+4Fe（s）═KC1（s）+4FeO（s），△H＜0．
①600℃時FeO可部分分解生成Fe₃0₄，寫出有關的化學方程式4FeO=Fe₃O₄+Fe．
②稱取一定質量上述加熱材料反應后的混合物（假定只含氯化鉀一種鉀鹽）于燒杯中，用蒸餾水充分洗滌、過濾、干燥，固體質量減少了0.43g，在固體中繼續加入過量的稀硫酸，微熱讓其充分反應，固體完全溶解得到的溶液中加入過量的NaOH溶液，經過濾、洗凈、干燥，再在空氣中充分灼燒得6.0g棕色固體．求該加熱材料反應前，鐵和高氯酸鉀的質量．（寫出計算過程，結果保留2位有效數字）鐵的質量為4.2g、高氯酸鉀的質量為0.80g．

Answer 1

分析 （1）依據題干信息和圖表中溶解度大小分析判斷寫出反應化學方程式；洗滌晶體的目的是洗去晶體表面的雜質；
（2）依據題干信息，Li/FeS₂熱電池工作時，Li發生氧化反應轉變為硫化鋰，FeS₂發生還原反應轉變為鐵，據此書寫電池反應的總反應；
（3）①依據反應物和產物結合原子守恒寫出化學方程式；
②依據題干得到棕色固體為Fe₂O₃，鐵的質量可以依據元素守恒計算得到；KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；反應中KClO₄和氯化鉀物質的量相同；質量減少為氯化鉀質量．

解答 解：（1）實驗室制取高氯酸鉀的步驟為：稱取一定質量的KCl、NaClO₄溶解，然后混合，氯酸鉀溶解度小于氯酸鈉，反應得到氯酸鉀，反應的化學方程式為NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；經冷卻、過濾、濾出晶體用蒸餾水多次洗滌及真空干燥得到；洗滌的目的是洗去晶體表面的雜質，
故答案為：NaClO₄+KCl═KClO₄↓+NaCl；盡可能除去溶解度較大的雜質；
（2）Li/FeS₂熱電池工作時，Li轉變為硫化鋰，FeS₂轉變為鐵，該電池工作時失電子的做負極發生氧化反應，得到電子的發生還原反應，電池反應為FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S，故答案為：FeS₂+4Li═Fe+2Li₂S；
（3）①600℃時FeO可部分分解生成Fe₃O₄，依據元素守恒計算得到出生成四氧化三鐵外還有鐵，依據原子守恒配平可得4FeO=Fe₃O₄+Fe，故答案為：4FeO=Fe₃O₄+Fe；
②反應過程中的反應為：KClO₄（s）+4Fe（s）═KCl（s）+4FeO（s）；用蒸餾水充分洗滌、過濾、干燥，固體質量減少了0.43g，減少的固體質量是氯化鉀的質量，n（KClO₄）=n（KCl），在固體中繼續加入過量的稀硫酸，微熱讓其充分反應，固體完全溶解得到的溶液中加入過量的NaOH溶液，經過濾、洗凈、干燥，再在空氣中充分灼燒得6.0g棕色固體．固體是Fe₂O₃，n（Fe）=2n（Fe₂O₃），得到：m（Fe）=n（Fe）×56 g•mol^-1=$\frac{6.0g}{160g/mol}$×2×56 g•mol^-1=4.2g，
m（KClO₄）=n（KClO₄）×138.5 g•mol^-1=n（KCl）×138.5 g•mol^-1=$\frac{0.43g}{74.5g/mol}$×138.5 g•mol^-1=0.80g，
故答案為：鐵的質量為4.2g、高氯酸鉀的質量為0.80g．

點評 本題考查了物質制備反應的應用，鐵及其化合物性質的應用，數據分析應用，溶解度變化的反應原理，原電池原理應用，混合物和反應化學方程式的計算應用，題目難度較大．