Question

铁是人类较早使用的金属之一，铁及其化合物在现代社会各个领域仍有广泛的应用。

I．氧化物—Fe₂O₃：用工业FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等杂质离子）制取高纯铁红，实验室常用萃取剂X（甲基异丁基甲酮）萃取法制取高纯铁红的主要实验步骤如下：

已知：HCl（浓） + FeCl₃HFeCl₄ 。试回答下列问题：

（1）用萃取剂X萃取，该步骤中：

① Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等杂质离子主要在__________（填“水”或“有机”）相。

② 若实验时共用萃取剂X 150mL，萃取率最高的方法是__________（填字母）。

a．一次性萃取，150mL     b．分2次萃取，每次75mL     c．分3次萃取，每次50mL

（2）用高纯水反萃取，萃取后水相中铁的存在形式是________________（写化学式）；反萃取能发生的原因是___________________。

（3）所得草酸铁沉淀需用冰水洗涤，其目的一是洗去沉淀表面吸附的杂质离子，二是________________。

（4）测定产品中铁的含量需经酸溶、还原为Fe²⁺，然后在酸性条件下用标准K₂Cr₂O₇溶液滴定，已知铬的还原产物为Cr³⁺，写出该滴定反应的离子方程式 ___________________。

II．含氧酸盐—铁酸铜（CuFe₂O₄）是很有前景的热化学分解水制氢的材料，CuFe₂O₄在制氢过程中可以循环使用。在热化学循环分解水制氢的过程中，铁酸铜（CuFe₂O₄）先要煅烧成氧缺位体（CuFe₂O_4－a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氢越容易。

（5）根据以上提示，写出氧缺位体与水常温下反应制氢的化学方程式____________。

（6）课外小组将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则氧缺位值（a）＝__________。（结果保留小数点后2位）

Answer

（1）水 （1分）；c （2分）

（2）FeCl3 （2分，写名称不给分）；加高纯水时，酸度[或c（H+）]降低（1分），HCl（浓）+FeCl3HFeCl4平衡向转化为FeCl3的方向移动 （1分）[共2分]

（3）减少草酸铁晶体的溶解损耗 （2分）

（4）6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O （2分）（没配平或配错平扣1分）

（5）CuFe2O4－a ＋aH2O＝CuFe2O4＋aH2↑ （2分）（配平1分，气体符号漏不扣分）

（6）0.51 （2分）（0.5给1分，0.50和0.52也给2分）

【解析】

试题分析：（1）①用萃取剂X萃取，Ca2+、Mn2+、Cu2+等杂质离子溶于水，则主要在水相；②若实验时共用萃取剂X 150mL，萃取率最高的方法是应是少量多次，答案应选c．分3次萃取，每次50mL；

（2）用高纯水反萃取时，c（H+）降低，HCl（浓）+FeCl3HFeCl4平衡向转化为FeCl3的方向移动，所以萃取后水相中铁的存在形式是FeCl3；

（3）所得草酸铁沉淀需用冰水洗涤，其目的一是洗去沉淀表面吸附的杂质离子，二是因为冰水温度较低，可减少草酸铁晶体的溶解损耗；

（4）在酸性条件下用标准K2Cr2O7溶液滴定含Fe2+的溶液，铬的还原产物为Cr3+，Fe2+会被氧化为Fe3+，离子方程式为6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；

（5）铁酸铜（CuFe2O4）先要煅烧成氧缺位体（CuFe2O4－a），氧缺位体再与水常温下反应制氢，方程式是CuFe2O4－a ＋aH2O＝CuFe2O4＋aH2↑；

（6）CuFe2O4→CuFe2O4－a+aO，充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则（240-16a）/240=0.966，a=0.51。

考点：萃取，离子方程式，实验基本操作