Question

【題目】聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學(xué)組成可表示為[Fex（OH）y（SO4）z]m。某中學(xué)化學(xué)興趣小組以聚合硫酸鐵的生產(chǎn)流程和相關(guān)性質(zhì)進行了一系列的探究。

Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)。

如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程。

回答下列問題

（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為______。“過篩”與化學(xué)實驗中的______原理相似（填操作名稱）。

（2）酸浸時最合適的酸是______，寫出鐵銹與該酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式______。

（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+。你認為下列氧化劑中最合適的是

______（填標(biāo)號），原因是______。

A．KMnO4 B．Cl2 C．H2O2 D．HNO3

（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是______。

A．有利于水分蒸發(fā) B．降低沸點，防止晶體分解 C．降低生產(chǎn)成本

Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究。

該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學(xué)式，進行了如下實驗：

①稱取5.52 g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；

②向①所得的混合物中加入足量的BaCl2溶液，充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66 g。

③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20 g。

則聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為______。

試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應(yīng)方程式______。

Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產(chǎn)物成分探究。

該小組將5.52 g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產(chǎn)物進行實驗探究。（已知SO3的熔點為16.8℃）。

【提出假設(shè)】

假設(shè)1：所得氣體的成分是SO3；

假設(shè)2：所得氣體的成分是SO2、O2；

假設(shè)3：所得氣體的成分是______。

【設(shè)計實驗】

按下圖裝置進行實驗。

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是______。

【實驗結(jié)論】

通過實驗現(xiàn)象判斷，假設(shè)______成立。

如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質(zhì)量為______。

Answer 1

【答案】 三氧化二鐵 過濾 稀硫酸 Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2（SO4）3 + 3H2O C 不引入其他雜質(zhì) AB 2：4：1 3[Fe2（OH）4SO4]m + 12m HCl = m Fe2（SO4）3 + 4m FeCl3 + 12m H2O SO3、SO2、O2 吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣 3 3.2 g

【解析】根據(jù)所學(xué)知識和題中信息知，Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)。（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為三氧化二鐵�！斑^篩”與化學(xué)實驗中的過濾原理相似。（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，鐵銹與該酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2（SO4）3 +3H2O 。（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+。下列氧化劑中最合適的是C．H2O2 ，原因是不引入其他雜質(zhì)。（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是A．有利于水分蒸發(fā)。 B．降低沸點，防止晶體分解。Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究。聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為∶根據(jù)化合物中正負化合價代數(shù)和為零原則，3x＝y(tǒng)＋2z, x：y：z的值為2：4：1 。該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應(yīng)方程式是. 3[Fe2（OH）4SO4]m + 12m HCl = m Fe2（SO4）3 + 4m FeCl3 + 12m H2O 。Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產(chǎn)物成分探究。【提出假設(shè)】假設(shè)1：所得氣體的成分是SO3；假設(shè)2：所得氣體的成分是SO2、O2；假設(shè)3：所得氣體的成分是SO3、SO2、O2。實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣。【實驗結(jié)論】通過實驗現(xiàn)象判斷，假設(shè)3成立。如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質(zhì)量為3.2 g。

點睛∶本題主要考查聚合硫酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)，聚合硫酸鐵的成分探究，聚合硫酸鐵的熱分解氣體產(chǎn)物成分探究。