Question

4．鐵及其化合物在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用．
（1）氧化鐵是重要工業(yè)顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：回答下列問(wèn)題：

（1）氧化鐵是重要工業(yè)顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：回答下列問(wèn)題：
①操作Ⅰ的名稱分別是過(guò)濾、如何判斷操作Ⅱ進(jìn)行完全取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無(wú)使紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體生成，證明洗滌干凈．
②寫(xiě)出在空氣中煅燒FeCO₃的化學(xué)方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
③．煅燒如果不充分，產(chǎn)品中將有Fe²⁺ 存在，試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品中有無(wú)Fe²⁺取固體樣品少許放入試管中，加入足量稀硫酸，震蕩試管，再加入幾滴滴入KMnO₄溶液，若溶液褪色證明含有Fe²⁺，否則不存在．
（2）有些同學(xué)認(rèn)為KMnO₄溶液滴定也能進(jìn)行鐵元素含量的測(cè)定．
a．稱取2.850g綠礬（FeSO₄•7H₂O）產(chǎn)品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待測(cè)溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00mL
①寫(xiě)出酸性KMnO₄溶液與FeSO₄溶液反應(yīng)的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②如何判斷滴定終點(diǎn)滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)
③計(jì)算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.54%．

Answer 1

分析 碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過(guò)過(guò)濾分離得到濾液，濾液中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀，再通過(guò)過(guò)濾分離濾液與FeCO₃，濾液中含有硫酸銨，F(xiàn)eCO₃表面附著雜質(zhì)，在干燥前應(yīng)先洗滌除去雜質(zhì)，在空氣中煅燒分解，且+2價(jià)鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價(jià)，最終得到Fe₂O₃，
（1）①操作I后得到濾渣和濾液，應(yīng)為過(guò)濾；沉淀干燥前應(yīng)先洗滌除去雜質(zhì)；
②FeCO₃與氧氣反應(yīng)生成三氧化二鐵和二氧化碳；
③依據(jù)煅燒反應(yīng)不完全，生成氧化鐵中含有碳酸亞鐵，可以先加酸溶解，再加入高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)亞鐵離子的存在；
（2）①高錳酸根具有強(qiáng)氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時(shí)有水生成；
②亞鐵離子被氧化為三價(jià)鐵離子，高錳酸鉀溶液做指示劑，滴定終點(diǎn)時(shí)溶液由淺綠色變?yōu)樽霞t色，且半分鐘內(nèi)不立即褪去；
③根據(jù)n=cV計(jì)算25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再根據(jù)①中離子方程式計(jì)算亞鐵離子的物質(zhì)的量，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計(jì)算FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過(guò)過(guò)濾分離得到濾液，濾液中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀，再通過(guò)過(guò)濾分離濾液與FeCO₃，濾液中含有硫酸銨，F(xiàn)eCO₃表面附著雜質(zhì)，在干燥前應(yīng)先洗滌除去雜質(zhì)，在空氣中煅燒分解，且+2價(jià)鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價(jià)，最終得到Fe₂O₃，
（1）①操作I分離互不相溶的固體與液體，采取過(guò)濾；碳酸亞鐵表面附著雜質(zhì)，沉淀干燥前應(yīng)先洗滌除去雜質(zhì)，判斷操作Ⅱ進(jìn)行完全的方法是，取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無(wú)使紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體生成，證明洗滌干凈，
故答案為：過(guò)濾；取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無(wú)使紅色石蕊試紙變藍(lán)色的氣體生成，證明洗滌干凈；
②在空氣中煅燒FeCO₃的化學(xué)方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
③煅燒如果不充分，產(chǎn)品中將有Fe²⁺ 存在，主要是Fe₂O₃和FeCO₃，取樣品放入試管中，加入稀硫酸溶解得到溶液，滴入高猛酸鉀溶液，若滴入的高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子，否則不存在，
故答案為：取固體樣品少許放入試管中，加入足量稀硫酸，震蕩試管，再加入幾滴滴入KMnO₄溶液，若溶液褪色證明含有Fe²⁺，否則不存在；
（2）①高錳酸根具有強(qiáng)氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時(shí)有水生成，反應(yīng)離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定實(shí)驗(yàn)是利用高錳酸鉀溶液的顏色變化指示反應(yīng)終點(diǎn)，所以反應(yīng)完全后，滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)，
故答案為：滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)；
③25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.02L×0.0100mol/L=2×10^-4mol，可知250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為2×10^-4mol×$\frac{250ml}{25ml}$=2×10^-3mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知250mL溶液中亞鐵離子離子的物質(zhì)的量為2×10^-3mol×5=0.01mol，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為0.01mol，
故FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案為：97.54%．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)化學(xué)工藝流程考查探究物質(zhì)組成、測(cè)量物質(zhì)含量的方法，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，注意分析試劑線、操作線、反應(yīng)線，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)．