Question

13．暗紫色化合物A可作为电极材料的新型超铁电磁，因具有绿色、高电压和高能量的特点，近年来引起了电化学界的高度重视．在常温和干燥的条件下，化合物A可以稳定的存在，但它在水溶液中不稳定，一段时间后转化为红褐色沉淀．
   为探究其成分，某学习兴趣小组的同学取化合物A粉末进行试验．经组成分析，该粉末仅含有O、K、Fe三种元素．另取3.96g化合物A的粉末溶于水，滴加足量的稀硫酸，向反应后的溶液中加入含有0.08mol KOH的溶液，恰好完全反应．过滤，将洗涤后的沉淀充分灼烧，得到红棕色固体粉末1.60g；将所得滤液在一定条件下蒸发可得到一种纯净的不含结晶水的盐10.44g．
（1）3.96g化合物A中含有Fe元素的物质的量为0.02mol，含有钾元素的物质的量为0.04mol．化合物A的化学式为K₂FeO₄；
（2）化合物A与H₂O反应的离子方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-．
（3）为研究温度对化合物A水溶液稳定性的影响，请设计一个实验方案将适量K₂FeO₄固体溶解水并等分为两份，置于不同温度的恒温水浴中，底部各放一张画有“+”字的白纸，观察记录看不到“+”字所需时间．

Answer 1

分析 （1）红棕色固体粉末1.60g是，物质的量是1.60g÷160g/mol=0.01mol，则根据铁元素守恒可知3.96 g化合物A中含有Fe元素的物质的量为0.02mol．将所得滤液在一定条件下蒸发可得到一种纯净的不含结晶水的盐10.44g，该物质是硫酸钾，物质的量是10.44g÷174g/mol=0.06mol，则钾离子的物质的量是0.12mol，其中有0.08mol是氢氧化钾中的钾离子，因此3.96 g化合物A中含有钾元素的物质的量为0.04mol．则根据质量守恒可知氧元素的物质的量是$\frac{3.96g---0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol}{16g/mol}=0.08mol$，则K、Fe、O三种元素的个数之比是2：1：4，所以化合物A的化学式为K₂FeO₄．
（2）A在水溶液中不稳定，一段时间后转化为红褐色沉淀，这说明反应中有氢氧化铁生成；
（3）由于高铁酸钾溶于水能分解生成氢氧化铁红褐色测定，因此探究温度对化合物A水溶液稳定性的影响实验方案可设计为将适量K₂FeO₄固体溶解水并等分为两份，然后做对比实验．

解答 解：（1）红棕色固体粉末1.60g是，物质的量是1.60g÷160g/mol=0.01mol，则根据铁元素守恒可知3.96 g化合物A中含有Fe元素的物质的量为0.02mol．将所得滤液在一定条件下蒸发可得到一种纯净的不含结晶水的盐10.44g，该物质是硫酸钾，物质的量是10.44g÷174g/mol=0.06mol，则钾离子的物质的量是0.12mol，其中有0.08mol是氢氧化钾中的钾离子，因此3.96 g化合物A中含有钾元素的物质的量为0.04mol．则根据质量守恒可知氧元素的物质的量是$\frac{3.96g---0.02mol×56g/mol-0.04mol×39g/mol}{16g/mol}=0.08mol$，则K、Fe、O三种元素的个数之比是2：1：4，所以化合物A的化学式为K₂FeO₄．
根据以上分析，3.96g化合物A中含有Fe元素的物质的量为0.02mol，含有钾元素的物质的量为0.04mol．化合物A的化学式为K₂FeO₄；
故答案为：0.02；0.04；K₂FeO₄；
（2）由上述分析可知，A的化学式为：K₂FeO₄，高铁酸钾与水反应生成氧气和Fe（OH）₃、氢氧化钾，反应方程式为4K₂FeO₄+10H₂O=4Fe（OH）₃+8KOH+3O₂↑，离子方程式为4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-，
故答案为：4FeO₄^2-+10H₂O=4Fe（OH）₃↓+3O₂↑+8OH^-；
（3）其方法为：将适量K₂FeO₄固体溶解水并等分为两份，置于不同温度的恒温水浴中，底部各放一张画有“+”字的白纸，观察记录看不到“+”字所需时间，
故答案为：将适量K₂FeO₄固体溶解水并等分为两份，置于不同温度的恒温水浴中，底部各放一张画有“+”字的白纸，观察记录看不到“+”字所需时间．

点评 本题考查无机物推断，属于计算型推断，综合考查学生阅读题目获取信息的能力、计算能力、设计实验能力等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力，题目难度中等．