Question

20．KI、KIO₃及KNO₃在生产生活中有十分重要的应用．工业上用碘、KOH和铁屑为原料生产碘化钾的流程如图1．

（1）第①步中反应的离子方程式是3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O．
（2）第 ②步所得固体中有红褐色物质，溶液2中除H⁺外，一定含有的阳离子是Fe²⁺．
（3）溶液2经过一系列转化可得到草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O，Mr=180），称取3.60g该晶体加热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图2所示：
过程I发生反应的化学方程式是FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；若300℃时剩余固体是铁的一种氧化物，其化学式是Fe₂O₃．
（4）KIO₃可作食盐添加剂．工业上常用石墨和铁作电极电解KI溶液制备KIO₃，电解时阳极的电极反应式是I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺．
（5）KNO₃是制造黑火药的重要原料．
已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol
S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol
2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol
黑火药爆炸时，硫磺、硝酸钾与木炭反应生成硫化钾、氮气和二氧化碳的热化学方程式是S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c）kJ/mol．

Answer 1

分析 由制备流程可知，碘与KOH溶液反应生成KI、KIO₃，第 ②步所得固体中有红褐色物质，所以加入过量Fe与KIO₃发生氧化还原反应生成KI、氢氧化铁，经过滤后得到固体为氢氧化铁和铁粉，氢氧化铁和铁粉中加硫酸生成溶液2为硫酸亚铁溶液，过滤后溶液1中主要含KI，经蒸发、结晶过滤得到KI；
（1）碘在氢氧化钾溶液中发生自身氧化还原生成IO₃^-与I^-，结合电子、电荷守恒分析；
（2）由溶液含H⁺，固体完全溶解，Fe与硫酸铁反应生成硫酸亚铁；
（3）过程I使其质量减少3.60-2.88g=0.72g，恰好为0.4mol水的质量；由元素守恒计算氧化物中Fe元素的质量，再利用原子个数比确定化学式；
（4）电解时阳极发生氧化反应，反应中碘离子失电子生成碘酸根离子；
（5）根据盖斯定律，将反应①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol；②S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol；③2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol，将①×3+②-③可得硫磺、硝酸钾与木炭反应生成硫化钾、氮气和二氧化碳的热化学方程式．

解答 解：由制备流程可知，碘与KOH溶液反应生成KI、KIO₃，第 ②步所得固体中有红褐色物质，所以加入过量Fe与KIO₃发生氧化还原反应生成KI、氢氧化铁，经过滤后得到固体为氢氧化铁和铁粉，氢氧化铁和铁粉中加硫酸生成溶液2为硫酸亚铁溶液，过滤后溶液1中主要含KI，经蒸发、结晶过滤得到KI；
（1）碘在氢氧化钾溶液中发生自身氧化还原生成IO₃^-与I^-，反应的离子方程式为3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O，
故答案为：3I₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5I^-+IO₃^-+3H₂O；
（2）固体中除剩余铁屑外，还有红褐色固体，加硫酸得到溶液2除含有H⁺外，固体完全溶解，一定含有的阳离子是Fe²⁺，
故答案为：Fe²⁺；
（3）3.60g草酸亚铁晶体，物质的量为0.2mol，过程I使其质量减少3.60-2.88g=0.72g，恰好为0.4mol水的质量，则过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O，草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6g×$\frac{56}{180}$×100%=1.12g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中氧元素的质量为：1.60g-1.12g=0.48g，铁元素和氧元素的质量比为：1.12g：0.48g=7：3，
设铁的氧化物的化学式为Fe_xO_y，
则56x：16y=7：3，
x：y=2：3，
铁的氧化物的化学式为Fe₂O₃，
故答案为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O；Fe₂O₃；
（4）电解时阳极发生氧化反应，反应中碘离子失电子生成碘酸根离子，电极反应式为I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺，
故答案为：I^--6e^-+3H₂O=IO₃^-+6H⁺；
（5）根据盖斯定律，将反应①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=a kJ/mol；②S （s）+2K（s）=K₂S（s）△H₂=b kJ/mol；③2K（s）+N₂（g）+3O₂（g）=2KNO₃（s）△H₃=c kJ/mol，将①×3+②-③可得硫磺、硝酸钾与木炭反应生成硫化钾、氮气和二氧化碳的热化学方程式为S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c） kJ/mol，
故答案为：S（s）+2KNO₃（s）+3C（s）=K₂S（s）+N₂（g）+3CO₂（g）△H=（3a+b-c） kJ/mol．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中的反应及氧化还原反应的分析、质量守恒的计算等为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度中等．