Question

9．鐵礦石是工業(yè)煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（假設雜質中不含鐵元素和氧元素，且雜質不與稀硫酸反應）．某研究性學習小組對某鐵礦石中鐵的價態(tài)和氧化物的化學式進行探究．
[提出假設]
假設1：鐵礦石中只含+3價鐵；
假設2：鐵礦石中只含+2價鐵；
假設3：鐵礦石中含有+3價和+2價鐵．
[查閱資料]2KMnO₄+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O
[定性探究]
實驗（一）
取鐵礦石樣品粉碎，盛裝于燒杯中，加入適量的X溶液，微熱，充分溶解后將濾液分成四份：
①向第一份溶液中滴加少量KSCN溶液；
②向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液；
③向第三份溶液中滴加少量KSCN溶液，再滴加適量過氧化氫溶液；
④向第四份溶液中滴加適量氫氧化鈉溶液．
（1）上述X溶液是稀硫酸（填“稀硝酸”“稀硫酸”或“濃鹽酸”）；上述方案中，一定能證明鐵礦石中含+2價鐵的方案是②（填序號）．
[定量探究]
實驗（二）　鐵礦石中含氧量的測定：
①按圖組裝儀器，檢查裝置的氣密性；
②將5.0g鐵礦石放入硬質玻璃管中，其他裝置中的藥品如圖所示（夾持裝置已略去）；
③A中開始反應，不斷地緩緩向后續(xù)裝置中通入氫氣，待D裝置出口處氫氣驗純后，點燃C處酒精燈；
④充分反應后，撤掉酒精燈，再持續(xù)通入氫氣直至完全冷卻．

（2）按上述方案進行多次實驗，假設各項操作都正確，但最終測得結果都偏高，請你提出改進方案的建議：裝置D后連接一個盛堿石灰的干燥管．
如果拆去B裝置，測得結果可能會偏高（填“偏高”“偏低”或“無影響”）．
（3）改進方案后，測得反應后D裝置增重1.35g，則鐵礦石中氧的百分含量為24%．若將H₂換成CO，則還需補充尾氣處理裝置．
實驗（三）　鐵礦石中含鐵量的測定：

（4）步驟⑤中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶．
（5）步驟④中煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過量的Cl₂．
（6）若滴定過程中消耗0.500 0mol•L^-1的KI溶液20.00mL，則鐵礦石中鐵的百分含量為70%．

Answer 1

分析 【提出假設】依據(jù)假設1、2分析推斷假設3為鐵礦石中含+2、+3價鐵；
【定性研究】（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性可能也會亞鐵離子，濃鹽酸會被高錳酸鉀溶液也會生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)實驗步驟②加入高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子；
【定量研究】
（2）分析裝置圖，最后堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導致測定結果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣金融業(yè)裝置D導致測定結果偏高；
（3）依據(jù)裝置D中水的質量，結合氧元素守恒計算含氧元素質量，得到鐵礦石中氧的百分含量；
（4）根據(jù)稀釋液體和配制一定體積的溶液的步驟所選擇的儀器來回答主要是計算、量取、溶解、轉移、洗滌轉移、定容、搖勻等；
（5）煮沸可以將水中的氣體趕走；
（6）根據(jù)元素守恒和化學反應方程式進行計算，根據(jù)反應的方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂可知，消耗的碘離子與鐵離子物質的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI）．

解答 解：【提出假設】假設1：鐵礦石中只含+3價鐵；假設2：鐵礦石中只含+2價鐵；依據(jù)假設1、2，結合鐵元素存在的化合價，分析推斷假設3為鐵礦石中含+2、+3價鐵，
故答案為：鐵礦石中含+2、+3價鐵；
【定性研究】（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性可能也會亞鐵離子，濃鹽酸會被高錳酸鉀溶液也會生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)實驗步驟②，向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液具有強氧化性，加入高錳酸鉀溶液褪色證明被還原，證明含有亞鐵離子，
故答案為：稀硫酸；②；
【定量研究】
（2）該實驗中，氫氣和氧化鐵反應生成金屬鐵和水，根據(jù)固體質量的變化來計算鐵的含量，分析裝置圖，最后堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導致測定結果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣金融業(yè)裝置D導致測定結果偏高；
故答案為：裝置D后連接一個盛堿石灰的干燥管；偏高；
（3）依據(jù)水的質量計算含氧元素質量得到鐵礦石中氧的百分含量，測的反應后裝置D增重1.35g，根據(jù)反應的實質，增加的是水的質量，根據(jù)質量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：$\frac{\frac{1.35g}{18g/mol}×16g/mol}{5.0g}$×100%=24%，一氧化碳有毒不能排放空氣中，若將H₂換成CO，則還需補充尾氣吸收裝置，不測定D裝置的凈增質量，通過測定物理量裝置C反應前后質量變化計算含氧量，
故答案為：24%；尾氣處理；
（4）將原溶液稀釋到250mL，需要使用的玻璃儀器儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，還缺少250mL容量瓶，
故答案為：250mL容量瓶；
（5）向鐵礦石中加入硫酸，化反應生成硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸溶液，加入過量的氯氣，煮沸后可以降低氯氣的溶解度，趕走溶液中溶解的過量的Cl₂，
故答案為：趕走溶液中溶解的過量的Cl₂；
（6）根據(jù)反應的方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂可知，消耗的碘離子與鐵離子物質的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI），即：0.5000mol•L^-1×0.020L=c（Fe³⁺）×0.02L，解得c（Fe³⁺）=0.5mol•L^-1，所以鐵元素的百分含量為：$\frac{0.5000mol/L×0.250L×56g/mol}{10.0g}$×100%=70%，
鐵的氧化物的化學式為Fe₅O₆，
故答案是：70%．

點評 本題考查了探究鐵礦石中氧元素和鐵元素的含量的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O計、操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，要求學生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學過的知識和技能，全面細致的思考才能得出正確的結論．