Question

（9分）高铁酸钠是一种高效多功能水处理剂。工业上常采用NaClO氧化法生产，反应原理为：在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe(NO₃)₃制得Na₂FeO₄，过滤得到粗产品，再用NaOH溶液溶解，重结晶，用有机溶剂脱碱，低温烘干得到固体样品。反应方程式为：

3NaClO + 2Fe(NO₃)₃ + 10NaOH＝2Na₂FeO₄↓+ 3NaCl + 6NaNO₃ + 5H₂O

（1）上述制备过程中，用NaOH溶液溶解粗产品而不用水的原因是              。

（2）高铁酸钠电池是一种新型可充电电池，电解质为NaOH溶液，放电时负极材料为Zn，正极产生红褐色沉淀，写出该电池反应方程式            。

（3）生产高铁酸钠的原料之一Fe(NO₃)₃用黑色粉末Fe（含有Fe₃O₄）与稀硝酸反应制备。准确称取该黑色粉末13．12g，加入200mL 4 mol·L^-1 HNO₃搅拌，固体完全溶解，共收集到标准状况下2688mL的气体，经分析其中只含有NO，并测得此时溶液中c(H⁺)＝0．4mol·L^-1（设反应前后溶液体积不变）。通过以上数据，计算该黑色粉末中Fe的质量分数。（写出计算过程，结果保留两位小数）

Answer

（9分）（1）Na2FeO4 在水溶液中易水解后溶液呈碱性，NaOH溶液呈碱性会抑制其水解，有利于减少产品损失 （2）3Zn + 2Na2FeO4 +8H2O = 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4NaOH

（3）n(NO)＝2688mL/22．4L·moL-1·1000mL· L-1＝0．12mol

溶液中还有H+，说明硝酸未反应完，所以溶液中只含Fe3+

溶液中有n(NO3－)＝200mL ·4 mol·L-1 /1000mL· L-1 —0．12mol＝0．68mol

根据电荷守恒 n(NO3－)×1=n(H+)×1+n(Fe3+)×3

n(Fe3+)=0．2mol 样品中所有铁元素物质的量为0．2mol

设样品中Fe的物质的量为x，Fe3O4的物质的量为y

56g·mol-1 × x ＋ 232 g·mol-1 × y ＝13．12 g x＋3 y ＝0．2mol

x＝0．11mol y＝0．03mol

单质铁的质量分数为56g·mol-1 ×0．11mol /13．12 g=0．47

【解析】

试题分析：（1）Na2FeO4 为强碱弱酸盐，在水溶液中易水解后溶液呈碱性，NaOH溶液呈碱性会抑制其水解，有利于减少产品损失 （2）负极是锌，失去电子在氢氧化钠的条件下生成氢氧化锌，高铁酸钠转化为氢氧化铁红褐色沉淀，电池反应为：3Zn + 2Na2FeO4 +8H2O = 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4NaOH。（3）n(NO)＝2688mL/22．4L·moL-1·1000mL· L-1＝0．12mol ，溶液中还有H+，说明硝酸未反应完，所以溶液中只含Fe3+， 溶液中有n(NO3－)＝200mL ·4 mol·L-1 /1000mL· L-1 —0．12mol＝0．68mol，根据电荷守恒 n(NO3－)×1=n(H+)×1+n(Fe3+)×3 ， n(Fe3+)=0．2mol ，样品中所有铁元素物质的量为0．2mol，设样品中Fe的物质的量为x，Fe3O4的物质的量为y

56g·mol-1 × x ＋ 232 g·mol-1 × y ＝13．12 g

x＋3 y ＝0．2mol

x＝0．11mol y＝0．03mol

单质铁的质量分数为56g·mol-1 ×0．11mol /13．12 g=0．47

考点：化学电源新型电池，化学方程式的有关计算