Question

10．高純氧化鐵性能穩(wěn)定，無毒、無臭、無味，是食品、藥品、化妝品常用著色劑．
某實(shí)驗(yàn)小組用工業(yè)FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質(zhì)離子）為原料，以萃取劑Y（甲基異丁基甲酮）萃取法制取高純氧化鐵．實(shí)驗(yàn)過程中的主要操作步驟如圖1：

已知：試劑X是濃鹽酸，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄
請(qǐng)回答下列問題：
（1）據(jù)上述實(shí)驗(yàn)操作過程判斷，下列實(shí)驗(yàn)裝置中如圖2，沒有用到的是①④（填序號(hào)）

（2）用萃取劑Y萃取的步驟中：
①Ca、Mn、Cu等雜質(zhì)離子幾乎都在水相（填“水”或“有機(jī)”）相中．
②實(shí)驗(yàn)時(shí)分3次萃取并合并萃取液，這樣操作的目的是提高萃取率，提高產(chǎn)量．
③以下關(guān)于萃取分液操作的敘述中，不正確的是ABC．
A．溶液中加入Y，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，塞上玻璃塞，如圖3用力振搖
B．振搖幾次后需打開分液漏斗上口的玻璃塞放氣
C．經(jīng)幾次振搖并放氣后，手持分液漏斗靜置待液體分層
D．分液時(shí)，將分液漏斗上的玻璃塞打開或使塞上的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔，打開旋塞，待下層液體完全流盡時(shí)，關(guān)閉旋塞后再?gòu)纳峡诘钩錾蠈右后w
（3）下列試劑中，作反萃取劑Z的最佳選擇是A，反萃取能發(fā)生的原因是加高純水時(shí)，c（HCl）降低，平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)．
A．高純水        B．鹽酸          C．稀硫酸      D．酒精
（4）據(jù)上述實(shí)驗(yàn)操作過程判斷，本實(shí)驗(yàn)若用適量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液，是否合理并請(qǐng)說明理由不合理，采用蒸發(fā)、灼燒操作后，高純氧化鐵中會(huì)有大量NaCl殘留在其中．
（5）測(cè)定產(chǎn)品中鐵的含量需經(jīng)酸溶、還原為Fe²⁺，然后在酸性條件下用標(biāo)準(zhǔn)K₂Cr₂O₇溶液滴定（還原產(chǎn)物是Cr³⁺）．現(xiàn)準(zhǔn)確稱取Wg樣品經(jīng)酸溶、還原為Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定．
①滴定起始和終點(diǎn)的液面位置如圖如圖4，則消耗K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為20.00mL．
②產(chǎn)品中鐵的含量為$\frac{0.672}{W}$×100%（假設(shè)雜質(zhì)不與K₂Cr₂O₇反應(yīng)）．

Answer 1

分析 FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質(zhì)離子）為原料，試劑X是濃鹽酸，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄，加入試劑X為鹽酸溶解，以萃取劑Y（甲基異丁基甲酮）萃取法制取棄去水相，加入萃取劑Z分液棄去有機(jī)相，得到含鐵離子的溶液，加入草酸形成草酸鐵沉淀，蒸發(fā)灼燒得到高純氧化鐵，
（1）分析可知流程中需要的操作為：溶解、萃取分液、過濾蒸發(fā)灼燒，據(jù)此分析所需儀器裝置；
（2）①根據(jù)流程圖可知，F(xiàn)eCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用Y萃取后再反萃取去掉有機(jī)相即可得到較純的含F(xiàn)e³⁺的溶液，所以在萃取時(shí)Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應(yīng)在水相中，、；
②萃取劑X總量一定時(shí)，萃取的次數(shù)越多，效果越好，據(jù)此判斷；
③萃取分液操作的注意事項(xiàng)：將液體充分混合均勻；放氣的方法為：漏斗倒置，打開旋塞放氣；應(yīng)放置在鐵架臺(tái)上靜置；放出液體時(shí)應(yīng)打開上口玻璃塞或?qū)⒉Ａ�塞上的凹槽�?duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔，下層液體從下口流出，上層液體從上口倒出；
（3）根據(jù)元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是氯化鐵，用甲基異丁基甲酮萃取時(shí)，在有機(jī)相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)，所以用高純水可以進(jìn)行反萃��；
（4）本實(shí)驗(yàn)若用適量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液會(huì)引入雜質(zhì)鈉離子；
（5）①滴定管是精確量具，讀取到0.01ml，利用的是開始和結(jié)束時(shí)液面差計(jì)算得到；
②依據(jù)氧化還原反應(yīng)定量關(guān)系計(jì)算，6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．

解答 解：FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等雜質(zhì)離子）為原料，加入試劑X為鹽酸溶解，以萃取劑Y（甲基異丁基甲酮）萃取法制取棄去水相，加入萃取劑Z分液棄去有機(jī)相，得到含鐵離子的溶液，加入草酸形成草酸鐵沉淀，蒸發(fā)灼燒得到高純氧化鐵，
（1）分析可知流程中需要的操作為：溶解、萃取分液、過濾蒸發(fā)灼燒，據(jù)此分析所需儀器，①是氣體發(fā)生裝置，②是溶液蒸發(fā)裝置，③是分液裝置，④是過濾裝置，⑤是固體灼燒裝置，則沒有用到的是①④，
故答案為：①④；
（2）①根據(jù)流程圖可知，F(xiàn)eCl₃粗品溶于鹽酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等離子的溶液，用Y萃取后再反萃取去掉有機(jī)相即可得到較純的含F(xiàn)e³⁺的溶液，所以在萃取時(shí)Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺應(yīng)在水相中，
故答案為：水相；
②萃取劑X總量一定時(shí)，萃取的次數(shù)越多，效果越好，實(shí)驗(yàn)時(shí)分3次萃取并合并萃取液，這樣操作的目的是提高萃取率，提高產(chǎn)量，
故答案為：提高萃取率，提高產(chǎn)量；
③A．溶液中加入Y，轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，塞上玻璃塞，萃取分液時(shí)，加入萃取劑后，應(yīng)使液體混合均勻，兩手分別頂住玻璃活塞，使分液漏斗倒轉(zhuǎn)過來，不能用力振搖，故A錯(cuò)誤；
B．振搖幾次后漏斗倒置，打開旋塞放氣，不需打開分液漏斗上口的玻璃塞放氣，故B錯(cuò)誤；
C．經(jīng)幾次振搖并放氣后，應(yīng)放置在鐵架臺(tái)上靜置，不能手持分液漏斗靜置待液體分層，故C錯(cuò)誤；
D．分液時(shí)，遵循“上吐下瀉”原則，將分液漏斗上的玻璃塞打開或使塞上的凹槽對(duì)準(zhǔn)漏斗口上的小孔，打開旋塞，待下層液體完全流盡時(shí)，關(guān)閉旋塞后再?gòu)纳峡诘钩錾蠈右后w，故D正確；
故答案為：ABC；
（3）根據(jù)元素守恒可知，萃取后水相中鐵的存在形式是FeCl₃，用甲基異丁基甲酮萃取時(shí)，在有機(jī)相中鐵元素以形式存在HFeCl₄，由于加高純水時(shí)，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（濃）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)，所以用高純水可以進(jìn)行反萃取，
故答案為：A；加高純水時(shí)，c（HCl）降低，平衡向轉(zhuǎn)化為FeCl₃的方向移動(dòng)；
（4）本實(shí)驗(yàn)若用適量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液不合理，采用蒸發(fā)、灼燒操作后，反應(yīng)后生成的氯化鈉會(huì)殘留在高純氧化鐵中，
故答案為：不合理，采用蒸發(fā)、灼燒操作后，高純氧化鐵中會(huì)有大量NaCl殘留在其中；
（5）①滴定起始和終點(diǎn)的液面位置如圖如圖4，起始量為0ml，結(jié)束溶液消耗體積20.00ml，則消耗K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為20.00ml，
故答案為：20.00；
 ②6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
    6       1
    n      0.1000mol•L^-1×0.020L
n=0.012mol，
產(chǎn)品中鐵的含量=$\frac{0.012mol×56g/mol}{Wg}$×100%=$\frac{0.672}{W}$×100%，
故答案為：$\frac{0.672}{W}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法分析，涉及實(shí)驗(yàn)基本操作、離子方程式的書寫、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，注意反應(yīng)過程中原子守恒的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．