Question

8．鐵的化合物在化學研究中受到廣泛重視，請回答下列問題：
（1）一種光敏材料的化學式是K_xFe（C₂O₄）_y•3H₂O（ Fe為+3價），為測定其組成，稱取一定質(zhì)量的晶體置于燒杯中，加入足量的蒸餾水和稀 H₂SO₄，將 C₂O₄^2-轉化為 H₂C₂O₄后用 0.1020mol/L的KMnO₄溶液滴定，當消耗 KMnO₄溶液 24.48mL 時恰好完全反應；再向溶液中加入適量的還原劑，恰好將 Fe³⁺完全轉化為 Fe²⁺，用相同濃度的 KMnO₄溶液繼續(xù)滴定，當 Fe²⁺完全被氧化時，用去 KMnO₄溶液 4.08mL．寫出KMnO₄溶液與H₂C₂O₄反應的離子方程式2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
通過計算確定該材料的組成K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O．
（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可實現(xiàn)2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的轉化．已知含SO₂的廢氣通入Fe²⁺、Fe³⁺的溶液時，其中一個反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，則另一反應的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）納米級Fe₃O₄是磁流體中的重要粒子，其制備原理可簡單表示如下：
①將化合物NH₃通入等物質(zhì)的量的FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中生成兩種堿，寫出該反應過程的離子方程式Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺．
②上述反應生成的兩種堿繼續(xù)作用，得到Fe₃O₄，該反應的化學方程式為Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O．
（4）復合氧化物鐵酸錳（MnFe₂O₄）可以用于熱化學循環(huán)分解水制氫，利用MnFe₂O₄熱化學循環(huán)制氫的反應可表示為：
MnFe₂O₄$\stackrel{＞1000K}{→}$MnFe₂O_4-x+$\frac{x}{2}$O₂↑    MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑，
若MnFe₂O_4-x中x=0.6，則MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部鐵元素的百分率為60%．

Answer 1

分析 （1）先滴加高錳酸鉀，發(fā)生反應：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，根據(jù)關系式：5C₂O₄^2-～5H₂C₂O₄～2KMnO₄計算n（C₂O₄^2-），再加入還原劑，F(xiàn)e³⁺完全轉化為 Fe²⁺，用相同濃度的 KMnO₄溶液繼續(xù)滴定，根據(jù)關系式5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-計算n（Fe³⁺），根據(jù)n （Fe³⁺）：n （C₂O₄^2-）確定y的值，再根據(jù)電荷守恒確定x，進而確定化學式；
（2）鐵離子具有強氧化性，將二氧化硫氧化所生產(chǎn)的硫酸，自身還原得到亞鐵離子；
（3）①硫酸亞鐵、硫酸鐵與氨水反應生成氫氧化亞鐵、氫氧化鐵與硫酸銨；
②由題意可知，氫氧化鐵、氫氧化鐵作用得到四氧化三鐵與水；
（4）根據(jù)化合價代數(shù)和為0，計算MnFe₂O_4-x中鐵的總價態(tài)，令1mol MnFe₂O_4-x中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，列方程組解答．

解答 解：（1）先滴加高錳酸鉀，發(fā)生反應：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
根據(jù)關系式：5C₂O₄^2-～5H₂C₂O₄～2KMnO₄，可知n（C₂O₄^2-）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=$\frac{5}{2}$×0.1020×24.48×10^-3 mol，
再加入還原劑，F(xiàn)e³⁺完全轉化為 Fe²⁺，用相同濃度的 KMnO₄溶液繼續(xù)滴定，根據(jù)關系式5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-，可知n （Fe³⁺）=n（ Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.1020×4.08×10^-3 mol，
故n （Fe³⁺）：n （C₂O₄^2-）=1：3，所以y=3，由電荷守恒可知x+3=2y，即x+3=3×2，解得x=3，
故化學式為 K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O；
（2）鐵離子具有強氧化性，將二氧化硫氧化所生產(chǎn)的硫酸，自身還原得到亞鐵離子，反應離子方程式為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）①硫酸亞鐵、硫酸鐵與氨水反應生成氫氧化亞鐵、氫氧化鐵與硫酸銨，反應離子方程式為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺，
故答案為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺；
②由題意可知，氫氧化鐵、氫氧化鐵作用得到四氧化三鐵與水，化學方程式為：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O，
故答案為：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O；
（4）x=0.6時，鐵的總價態(tài)為（4-0.6）×2-2=4.8，設1mol MnFe₂O_3.4中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，
則有x+y=2，2x+3y=4.8，
聯(lián)立解得：x=1.2，y=0.8，
則1mol MnFe₂O_3.6中含F(xiàn)e²⁺的物質(zhì)的量為1.2mol，則Fe²⁺占的百分率為$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%．
故答案為：60%．

點評 本題考查氧化還原反應滴定計算、方程式書寫、物質(zhì)組成的計算等，（1）中計算量較大，注意利用關系式計算，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．