Question

6．三草酸合铁（Ⅲ）酸钾K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O是翠绿色单斜晶体，常温下溶解度为4.7g/100g水，难溶于乙醇，是制备负载型活性铁催化剂的主要原料．实验室制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的相关反应为：
（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O+H₂C₂O₄═FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O
2FeC₂O₄•2H₂O+H₂O₂+3K₂C₂O₄+H₂C₂O₄═2K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O↓
实验步骤如下：I．称取5.0g（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O（s）置于150mL烧杯中，加入15mL去离子水和数滴3mol•L^-1的H₂SO₄  溶液，加热溶解．
Ⅱ．在步骤I制备的溶液中加入25mL饱和H₂C₂O₄溶液，搅拌并加热煮沸，形成黄色FeC₂O₄•2H₂O沉淀．倾析法弃去上层清液并用去离子水洗涤沉淀2～3次．
Ⅲ．在上述沉淀中加入10mL饱和K₂C₂O₄溶液，水浴加热至40°C，慢慢加进20mL3%H₂O₂溶液，不断搅拌并维持温度在40°C左右，使Fe（Ⅱ）充分氧化为Fe（Ⅲ）．滴加完毕后，加热溶液至沸以除去过量的H₂O₂．IV．保持上述沉淀近沸状态，先加入饱和H₂C₂O₄溶液7mL，然后趁热再滴加饱和H₂C₂O₄溶液1～2mL使沉淀溶解．控制溶液的pH=4～5，此时溶液为翠绿色，趁热过滤，并使滤液控制在30mL左右（若体积太大，可水浴加热浓缩），滤液中加入10mL95%乙醇．用表面皿将烧杯盖好，在暗处放置1～2h冷却结晶、抽滤，用95%乙醇洗涤晶体2次，以除去晶体表面附着的水分，缩短干燥时间．将产品避光保存．
回答下列问题：
（1）步骤Ⅰ中加入数滴3mol•L^-1的H₂SO₄溶液，其目的是抑制Fe²⁺水解；
（2）步骤Ⅱ中弃去上层清液和洗涤时都采用倾析法．适用倾析法分离的沉淀应具备的条件是沉淀的颗粒较大，静置后容易沉降至容器底部，该步骤中沉淀洗净的标准是在最后一次洗涤液中检测不到SO₄^2-；
（3）步骤Ⅲ中需维持温度在40°C左右的原因是温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢，温度太高容易导致H₂O₂分解，影响Fe²⁺氧化，为了监控反应进度，吸取1滴所得的黄色悬浊液于白色点滴板中，加酸酸化后加少许K₃[Fe（CN）₆]固体，如出现绿色证明Fe²⁺还没有（填“已经”或“还没有”）完全氧化；
（4）步骤IV中的有关问题：
①加入饱和H₂C₂O₄溶液的目的是为了溶解Fe（OH）₃（填化学式）沉淀，H₂C₂O₄溶液应逐滴加入，控制溶液的pH=4～5，pH过高，沉淀溶解不完全，pH过低，会发生副反应，使产品中混有黄色的FeC₂O₄•2H₂O，而且若H₂C₂O₄过量太多容易形成H₂C₂O₄晶体析出，导致产率偏高（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）；
②趁热过滤时，可将滤纸折叠成菊花形（如图），其目的是加快过滤速度，滤液中加入10mL95%乙醇的目的是降低三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的溶解度，促使析出；
（5）K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O对光敏感，进行下列光化学反应：2[Fe（C₂O₄）₃]^3-$\stackrel{光照}{→}$FeC₂O₄+3C₂O₄^2-+2CO₂↑简要说明这一性质在工程设计中的应用摄影、晒图、印刷等．

Answer 1

分析 实验室制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O：硫酸亚铁铵与草酸反应制备出难溶的草酸亚铁，然后在草酸钾和草酸的存在下，用过氧化氢将草酸亚铁氧化为三草酸合铁（Ⅲ）酸钾，加入乙醇后，晶体便从溶液中析出．
（1）步骤Ⅰ中：亚铁离子在水溶液中水解，加入稀硫酸抑制水解；
（2）步骤Ⅱ中：沉淀颗粒较大，静止后容易沉降至试管底部，常用倾析法分离；沉淀表面附有溶液中的硫酸根离子，沉淀洗净的标准是在最后一次洗涤液中检测不到该离子；
（3）步骤Ⅲ中：温度高低影响反应速率，温度高反应快，温度低反应慢，加过氧化氢氧化亚铁离子，但温度高过氧化氢易分解；蓝色和黄色混合色为绿色；
（4）步骤IV中：①加入饱和H₂C₂O₄溶液的目的是为了溶解Fe（OH）₃，此时溶液呈翠绿色；若H₂C₂O₄过量太多容易形成H₂C₂O₄晶体析出，H₂C₂O₄晶体误认为产物，导致产率偏高；
②将滤纸折叠成菊花形可加快过滤速度，三草酸合铁（Ⅲ）酸钾难溶于乙醇，滤液中加入10mL95%乙醇的目的是降低三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的溶解度，促使析出；
（5）K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O对光敏感，工程设计中可嗮图、拍照、蓝色印刷等．

解答 解：（1）步骤Ⅰ中：亚铁离子在水溶液中水解：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，溶解的过程中要加入几滴稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解，
故答案为：抑制Fe²⁺水解；
（2）步骤Ⅱ中：在步骤I制备的溶液中加入25mL饱和H₂C₂O₄溶液，搅拌并加热煮沸，晶体颗粒长大形成黄色FeC₂O₄•2H₂O沉淀，沉淀的结晶颗粒较大易沉降至容器底部，适用于采用倾析法分离或洗涤沉淀，所以弃去上层清液和洗涤时都采用倾析法，倒出液体时并用玻璃棒引流，防止溅出液体，生成的FeC₂O₄•2H₂O晶体表面容易粘着硫酸盐，要用少量H₂O洗涤，洗净的标准是洗涤液中检不到SO₄^2-，所以该步骤中沉淀洗净的标准是在最后一次洗涤液中检测不到SO₄^2-，
故答案为：沉淀的颗粒较大，静置后容易沉降至容器底部；SO₄^2-；
（3）步骤Ⅲ中：温度太高双氧水容易分解，温度太低Fe²⁺氧化反应速率太慢，所以在不断搅拌下慢慢滴加H₂O₂且需水浴保持恒温40℃，吸取1滴所得的黄色的悬浊液于白色点滴板中，加酸酸化后加少许K₃[Fe（CN）₆]固体，如出现蓝色和黄色混合色绿色，证明还有Fe（II），需再加H₂O₂至检测不到Fe（II），
故答案为：温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢，温度太高容易导致H₂O₂分解，影响Fe²⁺氧化；还没有；
（4）①步骤IV中：在过量草酸根存在下，用过氧化氢氧化草酸亚铁即可得到三草酸合铁（Ⅲ）酸钾，同时有氢氧化铁生成，①加入饱和H₂C₂O₄溶液的目的是为了溶解Fe（OH）₃，若H₂C₂O₄过量太多容易形成H₂C₂O₄晶体析出，H₂C₂O₄晶体误认为产物，导致产率偏高，
故答案为：Fe（OH）₃；偏高；
②将滤纸折叠成菊花形待过滤的容积增大，可加快过滤速度，三草酸合铁（Ⅲ）酸钾难溶于乙醇，滤液中加入10mL95%乙醇的目的是降低三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的溶解度，促使析出，
故答案为：加快过滤速度；降低三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的溶解度，促使析出；
（5）K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O对光敏感，这一性质在工程设计中的应用中可摄影、晒图、印刷等，
故答案为：摄影、晒图、印刷等．

点评 本题考查了物质制备实验过程分析判断，为高频考点，把握发生的化学反应及实验操作为解答的关键，侧重分析能力的考查，注意信息与所学知识的结合，题目难度较大．