Question

聚合硫酸鐵（PAFC）簡稱聚鐵，是一種高效的無機高分子混凝劑、凈水劑，其化學式為[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m（n＞2，m≤10）．實驗室利用硫酸亞鐵制取聚鐵的主要流程如下：

（1）寫出加入H₂O₂發生反應的離子方程式：

 

（2）在上述流程中加入濃硫酸將溶液pH調到0.5～1的作用是①

 

；②

 

．
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m的化學方程式為

 

．
（4）測定聚鐵中含鐵量的方法為：把聚鐵溶于過量酸中，先用過量SnCl₂將Fe³⁺還原成 Fe²⁺，再加入HgCl₂溶液，然后用標準的K₂Cr₂O₇溶液（先加入幾滴試亞鐵靈指示劑）滴定溶液中的Fe²⁺．此過程發生的部分反應為：
Sn²⁺+2Hg²⁺+8Cl^-═Hg₂Cl₂↓+SnCl₆^2-，Cr₂O₇^2-+14H⁺+6Fe²⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
①寫出過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-的離子方程式

 

；
②用HgCl₂除去過量的SnCl₂的目的是

 

；
③若稱取聚鐵質量為10.00g配成100.0mL溶液，取出20.00mL，經上述方法處理后，再用0.1000mol?L^-1 K₂Cr₂O₇標準溶液滴定，達到終點時，消耗標準溶液12.80mL，則聚鐵中鐵元素的質量分數為

 

%．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,鐵鹽和亞鐵鹽的相互轉變

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）雙氧水具有強氧化性，能夠將亞鐵離子氧化成鐵離子，據此寫出反應的離子方程式；
（2）根據亞鐵離子在溶液中易水解及酸性條件下雙氧水的氧化性增強進行分析；
（3）根據題干信息寫出反應物、生成物，然后根據化合價變化及質量守恒定律配平該反應的方程式；
（4）①根據化合價變化相等寫出過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成 Fe²⁺和SnCl₆^2-的離子方程式；
②根據Sn²⁺能夠還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差進行判斷；
③根據關系式6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-計算出亞鐵離子物質的量，進而計算聚鐵中鐵的質量分數．

解答： 解：（1）硫酸亞鐵溶液中加入雙氧水后，亞鐵離子被雙氧水氧化成鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）根據制取流程可知，下一步需要加入雙氧水氧化亞鐵離子，雙氧水在酸性條件下氧化性增強，所以加入濃硫酸后可以提高雙氧水的氧化能力；亞鐵離子在溶液中容易發生水解，加入濃硫酸增大溶液中氫離子，可以抑制Fe²⁺水解，
故答案為：抑制Fe²⁺水解；提高H₂O₂的氧化能力（或促進Fe²⁺被氧化）；
（3）由FeSO₄生成聚合硫酸鐵[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，反應物為：FeSO₄、H₂O₂、H₂SO₄，生成物為：[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m，亞鐵離子化合價從+2升高1價變為+3價鐵離子，由于產物[Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-0.5n）]_m中含有m個鐵離子，則化合價至少升高m價，雙氧水中O元素從-1價較低為-2價，化合價降低1價，雙氧水中含有2個O原子，至少降低2價，所以化合價變化的最小公倍數為2m，硫酸亞鐵的系數為2，雙氧水的系數為m，然后根據質量守恒定律配平，配平后的方程式為：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O，
故答案為：2mFeSO₄+mH₂O₂+（1-0.5n）mH₂SO₄=[Fe₂（OH）n（SO₄）_（3-0.5n）]_m+（2-n）mH₂O；
（4）①過量的SnCl₂和Fe³⁺反應生成Fe²⁺和SnCl₆^2-，鐵離子化合價從+3變為+2，化合價降低1價；SnCl₂中Sn元素化合價從+2變為SnCl₆^2-中的+4，化合價升高2價，則化合價變化的最小公倍數為2，所以鐵離子的系數為2，Sn²⁺的系數為1，配平后的反應方程式為：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-，
故答案為：Sn²⁺+2Fe³⁺+6Cl^-=2Fe²⁺+SnCl₆^2-；
②Sn²⁺能夠被Cr₂O₇^2-氧化，所以為防止滴定過程中由于Sn²⁺同時還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差，需要用HgCl₂除去過量的SnCl₂，
故答案為：防止滴定過程中由于Sn²⁺同時還原Cr₂O₇^2-而造成較大的實驗誤差；
③氧化還原反應中化合價升降相等，亞鐵被氧化成鐵離子，轉移1個電子，Cr₂O₇^2-被還原為Cr³⁺，轉移6個電子，根據電子守恒可得：
      6Fe²⁺～Cr₂O₇^2-，
      6mol  1mol
       n   0.1000mol/L×0.0128L
         
則：n=

6mol×0.1000mol/L×0.0128L

1mol

=0.00768mol，
故聚鐵中鐵的質量分數為：

0.00768mol× 100mL 20mL ×56g/mol

10.00g

×100%=21.5%，
故答案為：21.5．

點評：本題考查了物質制備實驗方案的設計，題目難度中等，涉及了元素質量分數的計算、氧化還原反應的配平等知識，試題綜合性較強，充分考查了的學生的分析、理解能力及化學計算能力，是一道質量較高的題目．