Question

8．铁的化合物在化学研究中受到广泛重视，请回答下列问题：
（1）一种光敏材料的化学式是K_xFe（C₂O₄）_y•3H₂O（ Fe为+3价），为测定其组成，称取一定质量的晶体置于烧杯中，加入足量的蒸馏水和稀 H₂SO₄，将 C₂O₄^2-转化为 H₂C₂O₄后用 0.1020mol/L的KMnO₄溶液滴定，当消耗 KMnO₄溶液 24.48mL 时恰好完全反应；再向溶液中加入适量的还原剂，恰好将 Fe³⁺完全转化为 Fe²⁺，用相同浓度的 KMnO₄溶液继续滴定，当 Fe²⁺完全被氧化时，用去 KMnO₄溶液 4.08mL．写出KMnO₄溶液与H₂C₂O₄反应的离子方程式2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O．
通过计算确定该材料的组成K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O．
（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可实现2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的转化．已知含SO₂的废气通入Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，则另一反应的离子方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）纳米级Fe₃O₄是磁流体中的重要粒子，其制备原理可简单表示如下：
①将化合物NH₃通入等物质的量的FeSO₄、Fe₂（SO₄）₃的混合溶液中生成两种碱，写出该反应过程的离子方程式Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺．
②上述反应生成的两种碱继续作用，得到Fe₃O₄，该反应的化学方程式为Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O．
（4）复合氧化物铁酸锰（MnFe₂O₄）可以用于热化学循环分解水制氢，利用MnFe₂O₄热化学循环制氢的反应可表示为：
MnFe₂O₄$\stackrel{＞1000K}{→}$MnFe₂O_4-x+$\frac{x}{2}$O₂↑    MnFe₂O_4-x+xH₂O→MnFe₂O₄+xH₂↑，
若MnFe₂O_4-x中x=0.6，则MnFe₂O_4-x中Fe²⁺占全部铁元素的百分率为60%．

Answer 1

分析 （1）先滴加高锰酸钾，发生反应：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，根据关系式：5C₂O₄^2-～5H₂C₂O₄～2KMnO₄计算n（C₂O₄^2-），再加入还原剂，Fe³⁺完全转化为 Fe²⁺，用相同浓度的 KMnO₄溶液继续滴定，根据关系式5Fe³⁺～5Fe²⁺～MnO₄^-计算n（Fe³⁺），根据n （Fe³⁺）：n （C₂O₄^2-）确定y的值，再根据电荷守恒确定x，进而确定化学式；
（2）铁离子具有强氧化性，将二氧化硫氧化所生产的硫酸，自身还原得到亚铁离子；
（3）①硫酸亚铁、硫酸铁与氨水反应生成氢氧化亚铁、氢氧化铁与硫酸铵；
②由题意可知，氢氧化铁、氢氧化铁作用得到四氧化三铁与水；
（4）根据化合价代数和为0，计算MnFe₂O_4-x中铁的总价态，令1mol MnFe₂O_4-x中含Fe²⁺、Fe³⁺物质的量分别为xmol、ymol，列方程组解答．

解答 解：（1）先滴加高锰酸钾，发生反应：2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄=K₂SO₄+10CO₂↑+2MnSO₄+8H₂O，离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，
根据关系式：5C₂O₄^2-～5H₂C₂O₄～2KMnO₄，可知n（C₂O₄^2-）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=$\frac{5}{2}$×0.1020×24.48×10^-3 mol，
再加入还原剂，Fe³⁺完全转化为 Fe²⁺，用相同浓度的 KMnO₄溶液继续滴定，根据关系式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，由电荷守恒可知x+3=2y，即x+3=3×2，解得x=3，
故化学式为 K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O；
（2）铁离子具有强氧化性，将二氧化硫氧化所生产的硫酸，自身还原得到亚铁离子，反应离子方程式为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）①硫酸亚铁、硫酸铁与氨水反应生成氢氧化亚铁、氢氧化铁与硫酸铵，反应离子方程式为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺，
故答案为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8NH₃+8H₂O═Fe（OH）₂↓+2Fe（OH）₃↓+8NH₄⁺；
②由题意可知，氢氧化铁、氢氧化铁作用得到四氧化三铁与水，化学方程式为：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O，
故答案为：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O；
（4）x=0.6时，铁的总价态为（4-0.6）×2-2=4.8，设1mol MnFe₂O_3.4中含Fe²⁺、Fe³⁺物质的量分别为xmol、ymol，
则有x+y=2，2x+3y=4.8，
联立解得：x=1.2，y=0.8，
则1mol MnFe₂O_3.6中含Fe²⁺的物质的量为1.2mol，则Fe²⁺占的百分率为$\frac{1.2mol}{2mol}$×100%=60%．
故答案为：60%．

点评 本题考查氧化还原反应滴定计算、方程式书写、物质组成的计算等，（1）中计算量较大，注意利用关系式计算，需要学生具备扎实的基础，难度中等．