Question

8．鐵是人類較早使用的金屬之一，鐵及其化合物在現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域仍有廣泛的應(yīng)用．
I．氧化物-Fe₂O₃：用工業(yè)FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質(zhì)離子）制取高純鐵紅，實(shí)驗(yàn)室常用萃取劑X（甲基異丁基甲酮）萃取法制取高純鐵紅的主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：

已知：HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄．試回答下列問題：
（1）用萃取劑X萃取，該步驟中：
①Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等雜質(zhì)離子主要在水（填“水”或“有機(jī)”）相．
②若實(shí)驗(yàn)時(shí)共用萃取劑X 150mL，萃取率最高的方法是c（填字母）．
a．一次性萃取，150mL     b．分2次萃取，每次75mL     c．分3次萃取，每次50mL
（2）用高純水反萃取，萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl₃（寫化學(xué)式）；反萃取能發(fā)生的原因是加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)．
（3）所得草酸鐵沉淀需用冰水洗滌，其目的一是洗去沉淀表面吸附的雜質(zhì)離子，二是減少草酸鐵晶體的溶解損耗．
（4）測定產(chǎn)品中鐵的含量需經(jīng)酸溶、還原為Fe²⁺，然后在酸性條件下用標(biāo)準(zhǔn)K₂Cr₂O₇溶液滴定，已知鉻的還原產(chǎn)物為Cr³⁺，寫出該滴定反應(yīng)的離子方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．
II．含氧酸鹽-鐵酸銅（CuFe₂O₄）是很有前景的熱化學(xué)分解水制氫的材料，CuFe₂O₄在制氫過程中可以循環(huán)使用．在熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的過程中，鐵酸銅（CuFe₂O₄）先要煅燒成氧缺位體（CuFe₂O_4-a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氫越容易．
（5）根據(jù)以上提示，寫出氧缺位體與水常溫下反應(yīng)制氫的化學(xué)方程式CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑．
（6）課外小組將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質(zhì)量為原質(zhì)量的96.6%，則氧缺位值（a）=0.51．（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后2位）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)流程圖可知，F(xiàn)eCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有機(jī)相即可得到較純的含F(xiàn)e³⁺的溶液，所以在萃取時(shí)Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應(yīng)在水相中，萃取劑X總量一定時(shí)，萃取的次數(shù)越多，效果越好，據(jù)此判斷；
（2）根據(jù)元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是氯化鐵，用甲基異丁基甲酮萃取時(shí)，在有機(jī)相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)，所以用高純水可以進(jìn)行反萃�。�
（3）用冰水洗滌可以減少草酸鐵晶體的溶解損耗；
（4）在酸性條件下Fe²⁺與K₂Cr₂O₇溶液反應(yīng)生成Cr³⁺和鐵離子，根據(jù)電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（5）氧缺位體（CuFe₂O_4-a）可以奪取水分子了中的氧原子，從而生成氫氣，根據(jù)元素守恒書寫化學(xué)方程式；
（6）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，減少的質(zhì)量即為失去的氧元素的質(zhì)量，根據(jù)CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可計(jì)算出a的值；

解答 解：（1）根據(jù)流程圖可知，F(xiàn)eCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用X萃取后再反萃取去掉有機(jī)相即可得到較純的含F(xiàn)e³⁺的溶液，所以在萃取時(shí)Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應(yīng)在水相中，萃取劑X總量一定時(shí)，萃取的次數(shù)越多，效果越好，故選c，
故答案為：水；c；
（2）根據(jù)元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl₃，用甲基異丁基甲酮萃取時(shí)，在有機(jī)相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)，所以用高純水可以進(jìn)行反萃取，
故答案為：FeCl₃；加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)；
（3）用冰水洗滌可以減少草酸鐵晶體的溶解損耗，
故答案為：減少草酸鐵晶體的溶解損耗；
（4）在酸性條件下Fe²⁺與K₂Cr₂O₇溶液反應(yīng)生成Cr³⁺和鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O，
故答案為：6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O；
（5）氧缺位體（CuFe₂O_4-a）可以奪取水分子了中的氧原子，從而生成氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑，
故答案為：CuFe₂O_4-a+aH₂O=CuFe₂O₄+aH₂↑；
（6）將鐵酸銅樣品在N₂的氣氛中充分煅燒，減少的質(zhì)量即為失去的氧元素的質(zhì)量，根據(jù)CuFe₂O₄=CuFe₂O_4-a+$\frac{1}{2}$aO₂可知$\frac{16a}{240}$×100%=1-96.6%，所以a=0.51，
故答案為：0.51．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法分析，涉及實(shí)驗(yàn)基本操作、離子方程式的書寫、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，注意反應(yīng)過程中原子守恒的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．