练习4 铁的重要化合物的转化(二)(实验及工艺流程)
1. (2024·镇江期末)科技进步促进了铁盐系列水处理剂的发展。
Ⅰ. FeCl3是简单无机铁处理剂。
(1) 与明矾净水原理相似，FeCl3净水的原理是FeCl3在水中能生成 Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质(用恰当文字回答)，可用丁达尔效应实验来验证。
(2) 由FeCl3·6H2O制备无水FeCl3的过程为FeCl3·6H2OSOCl2FeCl3，SOCl2与H2O反应生成两种有刺激性气味的气体，写出该反应的化学方程式：SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑。
Ⅱ. K2FeO4(高铁酸钾)是多功能水处理剂。
(3) 碱性条件下，FeCl3溶液与KClO溶液反应可得到高铁酸钾，该反应的离子方程式为3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－===2FeO4(2－)＋3Cl－＋5H2O。
(4) 已知K2FeO4水溶液放置过程中会放出无色无味气体、产生沉淀，且所得溶液呈强碱性。检验该沉淀中金属元素的实验方案为取少量沉淀于试管中，滴加稀盐酸使沉淀完全溶解，再滴入1～2滴KSCN溶液，溶液出现红色，则沉淀中含铁元素(实验中必须使用的药品：稀盐酸、KSCN溶液)。
Ⅲ. [Fe2(OH)n(SO4)n2]m(聚合硫酸铁PFS)是新型无机高分子水处理剂。以FeSO4溶液为原料，通入空气氧化，再经水解、聚合反应可得PFS。
(5) 实验室配制FeSO4溶液时常加入少量铁粉，其作用是防止Fe2＋被氧化。
(6) 用聚合硫酸铁PFS进行模拟净化高岭土废水(用高岭土与自来水配制而成，其质量浓度为100 mg/L)。该高岭土废水净化效果(即浊度去除率)受絮凝剂的投加量及pH的影响如图1和图2所示：
图1 图2
可知聚合硫酸铁PFS最佳投加量是50 mg/L，最佳pH是6。
【解析】 (4) K2FeO4水溶液放置过程中放出O2，产生Fe(OH)3沉淀，取少量沉淀于试管中，滴加稀盐酸使沉淀完全溶解，再滴入1～2滴KSCN溶液，溶液出现红色，证明沉淀中含铁元素。(5) Fe2＋易被氧化为Fe3＋，实验室配制FeSO4溶液时常加入少量铁粉，目的是防止Fe2＋被氧化。
2. (2024·南京六校期末)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)，黄色，难溶于水，可溶于稀硫酸，有较强还原性。某化学兴趣小组用下列装置制备草酸亚铁晶体并检测其纯度。
Ⅰ. 制备FeC2O4·2H2O。实验步骤如下：
第一步：按图连接好装置，检查装置气密性；
第二步：打开K1、K3、K4，关闭K2；开始反应；
第三步：……
第四步：打开K2，关闭K1、K3，使A中溶液进入B中反应；
第五步：对B中所得溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤和干燥可得FeC2O4·2H2O。
(1) 请把实验步骤补充完整。第三步：用试管收集B(或C)中出来的气体并验纯。
(2) 装置C的作用是液封(或防止空气进入装置B中)。
(3) 检验草酸亚铁晶体已洗净的操作方法为取少量最后一次洗涤滤液，滴加稀盐酸无现象，再滴加氯化钡溶液，若无白色沉淀，则证明草酸亚铁晶体已洗净。
Ⅱ. 样品纯度检测。该方法制得的FeC2O4·2H2O中可能含有H2C2O4·2H2O杂质。
(4) 写出生成H2C2O4的反应的化学方程式H2SO4＋(NH4)2C2O4===(NH4)2SO4＋H2C2O4。
采用KMnO4滴定法滴定该样品的纯度，步骤如下：
① 取a g样品于锥形瓶中，加入稀硫酸溶解，水浴加热至75 ℃，用b mol/L KMnO4溶液趁热滴定至终点，消耗KMnO4溶液V1 mL。
② 向上述溶液中加入适量还原剂将Fe3＋全部还原成Fe2＋，加入稀硫酸酸化后，在75 ℃继续用该KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液V2 mL。
(5) 样品中FeC2O4·2H2O的质量分数w＝a(90bV2)%(写出计算过程)。
根据发生反应，可得关系式：5Fe2＋～MnO4(－)，
n(Fe2＋)＝5n(KMnO4)＝5bV2×10－3 mol
根据铁元素守恒：n(Fe2＋)＝n(FeC2O4·2H2O)＝5bV2×10－3 mol，m(FeC2O4·2H2O)＝5bV2×10－3 mol×180 g/mol＝0.9bV2 g，
样品中FeC2O4·2H2O的质量分数：
w＝a g(0.9bV2 g)×100%＝a(90bV2)%。