三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3•3H2O]是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。某化学小组探究用废铁屑(含少量-2价S元素)为原料制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体。具体流程如图:
已知:①(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O为蓝绿色晶体,FeC2O4·2H2O为难溶于水的黄色晶体,K3Fe(C2O4)3·3H2O为可溶于水、难溶于乙醇的翠绿色晶体。
②25℃时,[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O
(aq) K=6.31×10-17。
③[Fe(SCN)]2+(aq)为血红色。
回答下列问题:
(1)三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3•3H2O]中铁的化合价是_____。
(2)废铁屑中加入10%NaOH并加热的目的是__。
(3)为防止污染空气,反应所产生的“废气”可选择__净化处理。(填选项)
A.H2O B.NaOH溶液 C.盐酸 D.CuSO4溶液
(4)写出浅绿色悬浊液中加入饱和H2C2O4生成黄色沉淀的化学方程式:__。
(5)制备过程中加入6%H2O2的目的是__,温度保持70~80℃,采用的合适加热方式是__。
(6)获得翠绿晶体的操作①是___。
(7)用乙醇洗涤晶体的原因是___。
(8)某同学欲检验所制晶体中的Fe(Ⅲ),取少量晶体放入试管中,加蒸馏水使其充分溶解,再向试管中滴入几滴0.1mol•L-1KSCN溶液。请判断上述实验方案是否可行并说明理由:___。
+3 去除废铁屑表面的油污 BD (NH4)2Fe(SO4)2•6H2O+H2C2O4=FeC2O4•2H2O+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O 将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ) 水浴加热 加热浓缩,冷却结晶,过滤 为了除去晶体表面残留的水分且防止晶体溶解损失 否,因为[Fe(C2O4)3]3-转化为[Fe(SCN)]2+反应的平衡常数小于1.0×10-5,观察不到明显现象,所以无法检验
【分析】
废铁屑先用热的NaOH溶液除去表面的油污,然后加入稀硫酸,铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁,-2价S元素遇酸转变为有毒气体H2S,H2S可以用NaOH溶液或CuSO4溶液吸收。得到的硫酸亚铁溶液中加入氨水,生成(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O,再加入饱和H2C2O4,生成难溶于水的黄色晶体FeC2O4·2H2O,过滤后向沉淀中加入饱和K2C2O4,然后加入6%H2O2溶液,使Fe(Ⅱ)被氧化成Fe(Ⅲ),再加入饱和H2C2O4,得到K3Fe(C2O4)3溶液,溶液经蒸发浓缩、冷却结晶,过滤得到K3Fe(C2O4)3·3H2O晶体,用乙醇洗涤,干燥后得到纯净的K3Fe(C2O4)3·3H2O。
【详解】
(1)三草酸合铁酸钾[K3Fe(C2O4)3•3H2O]中钾为+1价,碳为+3价,氧为-2价,根据正负化合价代数和为0的原则,可计算出铁的化合价是+3价。
(2)废铁屑长期露置于空气中,表面会有油污,加热时油污可以在碱性环境下彻底水解,所以加入10%NaOH并加热的目的是去除废铁屑表面的油污。
(3)废铁屑中-2价S元素遇酸转变为有毒气体H2S,H2S是酸性气体,能溶于碱溶液,可以用NaOH溶液吸收,H2S也可以和硫酸铜溶液反应生成CuS沉淀,所以也可以用CuSO4溶液吸收,故选BD。
(4)浅绿色悬浊液中有(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O,加入饱和H2C2O4生成黄色沉淀FeC2O4·2H2O,化学方程式为:(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O+H2C2O4=FeC2O4•2H2O+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O。
(5)黄色沉淀是FeC2O4·2H2O,其中铁是+2价,要制备的K3Fe(C2O4)3•3H2O中铁是+3价,所以需要将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ),所以加入6%H2O2的目的是将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ),温度保持70~80℃,采用的合适加热方式是水浴加热。
(6)从K3Fe(C2O4)3溶液中获得K3Fe(C2O4)3·3H2O晶体,需经蒸发浓缩、冷却结晶,过滤。
(7)由于K3Fe(C2O4)3·3H2O难溶于乙醇,所以用乙醇洗涤,既可以除去晶体表面残留的水分,又能防止晶体溶解损失。
(8)根据[Fe(C2O4)3]3-(aq)+SCN-(aq)[Fe(SCN)]2+(aq)+3C2O42- (aq) K=6.31×10-17,因为[Fe(C2O4)3]3-转化为[Fe(SCN)]2+反应的平衡常数小于1.0×10-5,观察不到明显现象,所以无法检验所制晶体中是否含Fe(Ⅲ)。
【点睛】
从溶液中获得晶体的方法有蒸发结晶和冷却结晶。对于溶解度受温度影响不大的物质,如NaCl,就可以通过蒸发结晶的方法获得晶体,对于溶解度受温度影响较大的物质如KNO3,需要通过冷却热饱和溶液的方法获得晶体。如果从溶液中获得带结晶水的晶体如CuSO4•5H2O等,也需要通过蒸发浓缩、冷却结晶的方法获得晶体,如果直接加热蒸发,结晶水容易失去。
登录并加入会员可无限制查看知识点解析
硫化亚铁(FeS)是一种常见的还原剂。用FeS处理模拟含铬废水的流程如下:
(1)“还原”过程发生反应的离子方程式为______。
(2)为测定模拟废水中铬元素的去除率,进行如下实验:将滤渣用蒸馏水洗净后,在低温条件下干燥,称得质量为2.210 0 g。将上述2.210 0 g固体在空气中加热,测得固体质量随温度的变化如图所示。
说明:(Ⅰ)780℃以上的残留固体为Fe2O3、Cr2O3的混合物。
(Ⅱ)有关物质的摩尔质量如下表:
物质 | K2CrO4 | Cr(OH)3 | Cr2O3 | FeS | FeOOH | Fe2O3 |
M/(g·mol-1) | 194 | 103 | 152 | 88 | 89 | 160 |
①A→B固体质量增加是由滤渣中_____(填化学式)发生反应引起的。
②根据以上实验数据计算上述模拟废水中铬元素的去除率(写出计算过程)。____________
乙醛在氧化铜催化剂存在的条件下,可以被空气氧化成乙酸。依据此原理设计实验制得并在试管C中收集到少量乙酸溶液(如图所示:试管A中装有40%的乙醛水溶液、氧化铜粉末;试管C中装有适量蒸馏水;烧杯B中装有某液体)。已知在60℃~80℃时用双连打气球鼓入空气即可发生乙醛的氧化反应,连续鼓入十几次反应基本完全。有关物质的沸点见下表
物质 | 乙醛 | 乙酸 | 甘油 | 乙二醇 | 水 |
沸点 | 20.8℃ | 117.9℃ | 290℃ | 197.2℃ | 100℃ |
请回答下列问题:
(1)试管A内在60~80℃时发生的主要反应的化学方程式为(注明反应条件)________________________;
(2)如图所示在实验的不同阶段,需要调整温度计在试管A内的位置,在实验开始时温度计水银球的位置应在________________________________,目的是________________________;当试管A内的主要反应完成后温度计水银球的位置应在________________,目的是________。
(3)烧杯B的作用是________;烧杯B内盛装的液体可以是________(写出一种即可,在题给物质中找)
(4)写出乙酸和碳酸氢钠反应的离子方程式________________________。