Question

【題目】鐵是人類較早使用的金屬之一，鐵及其化合物在現代社會各個領域仍有廣泛的應用。

I．氧化物—Fe2O3：用工業FeCl3粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質離子）制取高純鐵紅，實驗室常用萃取劑X（甲基異丁基甲酮）萃取法制取高純鐵紅的主要實驗步驟如下：

已知：HCl（濃） + FeCl3HFeCl4 。試回答下列問題：

（1）用萃取劑X萃取，該步驟中：

① Ca2+、Mn2+、Cu2+等雜質離子主要在__________（填“水”或“有機”）相。

② 若實驗時共用萃取劑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）用高純水反萃取，萃取后水相中鐵的存在形式是________________（寫化學式）；反萃取能發生的原因是___________________。

（3）所得草酸鐵沉淀需用冰水洗滌，其目的一是洗去沉淀表面吸附的雜質離子，二是________________。

（4）測定產品中鐵的含量需經酸溶、還原為Fe2+，然后在酸性條件下用標準K2Cr2O7溶液滴定，已知鉻的還原產物為Cr3+，寫出該滴定反應的離子方程式 ___________________。

II．含氧酸鹽—鐵酸銅（CuFe2O4）是很有前景的熱化學分解水制氫的材料，CuFe2O4在制氫過程中可以循環使用。在熱化學循環分解水制氫的過程中，鐵酸銅（CuFe2O4）先要煅燒成氧缺位體（CuFe2O4－a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氫越容易。

（5）根據以上提示，寫出氧缺位體與水常溫下反應制氫的化學方程式____________。

（6）課外小組將鐵酸銅樣品在N2的氣氛中充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，則氧缺位值（a）＝__________。（結果保留小數點后2位）

Answer 1

【答案】（1）水 （1分）；c （2分）

（2）FeCl3 （2分，寫名稱不給分）；加高純水時，酸度[或c（H+）]降低（1分），HCl（濃）+FeCl3HFeCl4平衡向轉化為FeCl3的方向移動 （1分）[共2分]

（3）減少草酸鐵晶體的溶解損耗 （2分）

（4）6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O （2分）（沒配平或配錯平扣1分）

（5）CuFe2O4－a ＋aH2O＝CuFe2O4＋aH2↑ （2分）（配平1分，氣體符號漏不扣分）

（6）0.51 （2分）（0.5給1分，0.50和0.52也給2分）

【解析】

試題分析：（1）①用萃取劑X萃取，Ca2+、Mn2+、Cu2+等雜質離子溶于水，則主要在水相；②若實驗時共用萃取劑X 150mL，萃取率最高的方法是應是少量多次，答案應選c．分3次萃取，每次50mL；

（2）用高純水反萃取時，c（H+）降低，HCl（濃）+FeCl3HFeCl4平衡向轉化為FeCl3的方向移動，所以萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl3；

（3）所得草酸鐵沉淀需用冰水洗滌，其目的一是洗去沉淀表面吸附的雜質離子，二是因為冰水溫度較低，可減少草酸鐵晶體的溶解損耗；

（4）在酸性條件下用標準K2Cr2O7溶液滴定含Fe2+的溶液，鉻的還原產物為Cr3+，Fe2+會被氧化為Fe3+，離子方程式為6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O；

（5）鐵酸銅（CuFe2O4）先要煅燒成氧缺位體（CuFe2O4－a），氧缺位體再與水常溫下反應制氫，方程式是CuFe2O4－a ＋aH2O＝CuFe2O4＋aH2↑；

（6）CuFe2O4→CuFe2O4－a+aO，充分煅燒，得氧缺位體的質量為原質量的96.6%，則（240-16a）/240=0.966，a=0.51。