Question

2．氯化鐵是實(shí)驗(yàn)室中的重要試劑．某同學(xué)用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃•6H₂O晶體，同時(shí)測(cè)定廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為此設(shè)計(jì)了如下裝置（夾持裝置略，氣密性已檢驗(yàn)）：
操作步驟如下：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁、關(guān)閉彈簧夾K₂，并打開活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當(dāng)…時(shí)，關(guān)閉彈簧夾K₁、打開彈簧夾K₂，當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯后關(guān)閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾后得到FeCl₃•6H₂O晶體．
請(qǐng)回答：
（1）A中發(fā)生的置換反應(yīng)的化學(xué)方程式是Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑．
（2）操作Ⅱ中“…”的內(nèi)容是當(dāng)A中固體完全消失，燒杯中的現(xiàn)象是無色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生，相應(yīng)的離子方程式和化學(xué)方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O、2H₂O₂ $\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）操作Ⅲ不采用直接加熱制FeCl₃•6H₂O晶體的原因是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加熱會(huì)促進(jìn)FeCl₃水解，產(chǎn)生Fe（OH）₃（用簡(jiǎn)要文字并結(jié)合離子方程式解釋）．
（4）測(cè)得B中所得的氣體是VmL（標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)），由此計(jì)算出該廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{V}{400m}$，該數(shù)值比實(shí)際數(shù)值偏低，若實(shí)驗(yàn)過程操作無誤，偏低的原因是Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少．
（5）為了準(zhǔn)確測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以另取mg廢鐵屑和某種常見的還原性氣體在加熱時(shí)充分反應(yīng)到恒重，測(cè)得實(shí)驗(yàn)后剩余固體質(zhì)量是wg由此求出鐵的準(zhǔn)確質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$（用含m和w的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）鐵和鹽酸反應(yīng)生成氫氣和氯化亞鐵的化學(xué)方程式；
（2）裝置A中的鐵完全消失，反應(yīng)結(jié)束；打開彈簧夾K₂，反應(yīng)生成的氯化亞鐵被雙氧水氧化成氯化鐵，同時(shí)有氧氣放出；根據(jù)氯化亞鐵被雙氧水氧化、生成的氯化鐵作催化劑使雙氧水分解情況，寫成反應(yīng)方程式；
（3）直接加熱氯化鐵溶液，三價(jià)鐵離子會(huì)發(fā)生水解生成氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體；
（4）“用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃•6H₂O晶體”，氧化鐵溶于鹽酸，生成的三價(jià)鐵離子能夠消耗鐵；
（5）根據(jù)質(zhì)量減少的部分就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，求出氧化鐵的物質(zhì)的量，再計(jì)算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）鐵與鹽酸反應(yīng)的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，故答案是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（2）當(dāng)A中固體完全消失，鐵完全和鹽酸反應(yīng)后，反應(yīng)結(jié)束；當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯，生成的氯化亞鐵被氧化成黃色的氯化鐵，生成的氯化鐵作催化劑，使雙氧水分解，反應(yīng)的方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案是：當(dāng)A中固體完全消失；無色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）由于氯化鐵溶液中存在反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應(yīng)吸熱，加入會(huì)促進(jìn)水解，生成了氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體，
故答案是：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加熱會(huì)促進(jìn)FeCl₃水解，產(chǎn)生Fe（OH）₃；
（4）由于廢鐵屑中含有氧化鐵，和鹽酸反應(yīng)生成的三價(jià)鐵離子能夠和鐵反應(yīng)，導(dǎo)致鐵減少，置換的氫氣體積減少，
故答案是：Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少；
（5）mg廢鐵屑中的氧化鐵被還原后質(zhì)量變成wg鐵，質(zhì)量差（m-w）g就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，n（O）=$\frac{（m-w）}{16}$mol，n（Fe₂O₃）=$\frac{1}{3}$×n（O）=$\frac{m-w}{46}$mol，
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{m-\frac{m-w}{48}×160}{m}$=$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$，
故答案是：$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和制取氯化鐵晶體，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算能力的考查，題目涉及了較多的化學(xué)方程式的書寫、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)，本題難度中等．