Question

铁及铁的化合物用途非常广泛．
（1）Fe₃O₄具有很好的磁性，是一种复杂的氧化物，在实验室可由Fe粉与

 

在高温下通过置换反应制得．
（2）高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种新型非氯高效消毒剂，该化合物中铁元素的化合价为

 

；
（3）Fe₂O₃在熔融状态下与K₂O₂反应生成K₂FeO₄，化学方程式是

 

；K₂FeO₄也可由FeCl₃与NaOH溶液、NaClO溶液反应先制得Na₂FeO₄，然后在低温下加入饱和KOH与Na₂FeO₄反应，即可得到K₂FeO₄，由此推断此温度下Ksp（K₂FeO₄）

 

Ksp（Na₂FeO₄）（填“＞”、“＜”或“=”）．K₂FeO₄还可通过铁作阳极，石墨作阴极，电解KOH浓溶液制得，阳极上可观察到的现象是

 

，其电极反应式为

 

，阴极上发生的电极反应式为

 

．
（4）草酸亚铁晶体（FeC₂O₄?2H₂O）是生产锂电池的原材料，某研究性学习小组称取3.60g草酸亚铁晶体用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示，300℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，列式计算该氧化物的化学式：

 

．

Answer 1

考点：常见金属元素的单质及其化合物的综合应用,化学方程式的有关计算,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理,铁的氧化物和氢氧化物

专题：

分析：（1）高温下铁粉与水蒸气发生置换反应生成四氧化三铁和氢气；
（2）化合物中总化合价为0，可以根据钾离子和氧元素的化合价计算出Fe元素的化合价；
（3）分析反应前后元素化合价变化，根据氧化还原反应中化合价变化相等配平该反应；溶度积越小，在溶液中优先析出，据此进行判断；根据电解原理：阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应解答；
（4）3.60g草酸亚铁晶体加热后变成氧化物过程中铁元素的质量不变，可以先计算出3.60g草酸亚铁晶体中Fe元素的质量，然后得出得到的1.60g固体中氧元素的质量，然后计算出铁元素与氧元素的物质的量之比，从而得出该氧化物的化学式．

解答： 解：（1）高温下，铁和水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：水蒸气；
（2）K₂FeO₄中钾离子的化合价为+1价、氧元素的化合价为-2价，设铁的化合价为x，则x+1×2+（-2）×4=0，解得：x=+6，
故答案为：+6；
（3）Fe₂O₃在熔融状态下与K₂O₂反应生成K₂FeO₄，氧化铁中Fe元素的化合价为+3，中Fe元素的化合价为+6，则化合价变化为3，化合价至少变化为6；K₂O₂中氧元素的化合价为-1价，化合价至少变化2价，则化合价变化的最小公倍数为6，所以氧化铁的系数为1、K₂O₂的系数为3，然后根据观察法配平可得：Fe₂O₃+3K₂O₂=2K₂FeO₄+K₂O；
在低温下向Na₂FeO₄溶液中加入饱和KOH溶液可得到K₂FeO₄，说明K₂FeO₄的溶解度小于Na₂FeO₄，所以Ksp（K₂FeO₄）＜Ksp（Na₂FeO₄）；
阳极是铁失电子在碱性溶液中发生氧化反应生成FeO₄^2-，电极反应为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O，所以阳极铁电解逐渐溶解；阴极水电离的氢离子得到电子生成氢气，阴极电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：Fe₂O₃+3K₂O₂=2K₂FeO₄+K₂O；＜；铁电解逐渐溶解；Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（4）3.60g草酸亚铁晶体中Fe元素的质量为：3.60g×

56

180

=1.12g，300℃时固体质量为1.60g，其中铁元素的质量为1.12g，则氧元素的质量为：1.60g-1.12g=0.48g，则此时得到的氧化物中铁元素与氧元素的物质的量之比为：

1.12g

56g/mol

：

0.48g

16g/mol

=2：3，所以该氧化物为氧化铁，化学式为：Fe₂O₃，
故答案为：Fe₂O₃．

点评：本题考查了金属及其化合物的性质，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力，熟练掌握掌握电解原理、氧化还原反应的配平方法为解答关键．