Question

鐵砂的主要成分是微粒狀的磁性氧化鐵、石英、石灰石等混合物．某化學(xué)興趣小組從鐵砂中分離出磁性氧化鐵，并進(jìn)行鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)．

（1）取磁性氧化鐵按圖甲裝置進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，現(xiàn)象很壯觀．取少許反應(yīng)生成的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變血紅色．出現(xiàn)這種結(jié)果的原因，除了可能混有沒反應(yīng)的磁性氧化鐵外，還有一個(gè)原因是

 

．
（2）為了克服圖甲的缺陷，改用圖乙裝置進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，主要步驟如下：
①在一個(gè)廣口容器中放進(jìn)一定量的干燥細(xì)沙；
②將一定量的鐵砂和鋁粉混合物裝在紙漏斗中并埋入細(xì)沙里；
③將一定量的鎂粉和氯酸鉀混合物放在鋁熱劑上；
④再放上引火劑；引火反應(yīng)，冷卻；⑤取出反應(yīng)后的鐵塊（如圖丙）
請(qǐng)寫出鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

取少許反應(yīng)生成的鐵塊溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液沒有出現(xiàn)血紅色．實(shí)驗(yàn)中干燥細(xì)沙的主要作用是

 

．
（3）測(cè)定圖乙反應(yīng)所得的鐵塊純度，流程如圖所示．幾種氫氧化物開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH參考表格

	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+
開始沉淀時(shí)的pH	7.5	2.8	4.2	9.6
沉淀完全時(shí)的pH	9.0	4.0	5	11

．

①試劑A應(yīng)選擇

 

，試劑B應(yīng)選擇

 

．
A．稀鹽酸    B．氧化鐵    C．H₂O₂溶液    D．氨水     E．MgCO₃固體
②操作Ⅰ的名稱為

 

．操作Ⅱ的名稱為

 

．固體M完全轉(zhuǎn)化為固體N的標(biāo)志是

 

．
③已知常溫下Fe（OH）₃的K_SP=4.0×10^-38，求反應(yīng)Ⅲ后溶液中c（Fe³⁺）=

 

 mol/L
④若最終紅色粉末質(zhì)量為14.14g，則該鐵塊的純度是

 

．如果直接洗滌、烘干和稱量固體M的質(zhì)量，計(jì)算鐵塊的純度，則計(jì)算結(jié)果會(huì)

 

（填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響“）．原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究鋁熱反應(yīng),探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）考慮生成的熔融的鐵的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導(dǎo)致生成三價(jià)的鐵；
（2）金屬鋁在高溫下與四氧化三鐵反應(yīng)生成氧化鋁和鐵，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；用干燥細(xì)沙可以防止生成的鐵被空氣中的氧氣氧化；
（3）①根據(jù)題意可知，本實(shí)驗(yàn)要定量檢測(cè)所得“鐵塊”的成分，故要通過實(shí)驗(yàn)流程，將鐵元素完全沉淀；而根據(jù)表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁和鎂不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，然后沉淀；
②根據(jù)操作Ⅰ需要分離出難溶物、操作Ⅱ由氫氧化鐵得到氧化鐵判斷操作方法；灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g；
③根據(jù)Fe（OH）₃的Ksp的表達(dá)式來(lái)進(jìn)行計(jì)算；
④根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了最終紅色粉未M中，根據(jù)鐵原子的守恒來(lái)計(jì)算；如果對(duì)所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計(jì)算“鐵塊”的純度，此時(shí)應(yīng)考慮Fe（OH）₃的分解，引起計(jì)算結(jié)果偏�。�

解答： 解：（1）鋁熱反應(yīng)生成的熔融的鐵具有很強(qiáng)的還原性，可以被空氣中的氧氣氧化導(dǎo)致生成三價(jià)的鐵，
故答案為：生成的紅熱的鐵在掉落到蒸發(fā)皿過程中，表面被空氣氧化為Fe₃O₄；
（2）四氧化三鐵與鋁在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁和鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：8Al+3Fe₃O₄

高溫  .

4Al₂O₃+9Fe；反應(yīng)生成的鐵容易被空氣氧化，實(shí)驗(yàn)中干燥細(xì)沙可防止生成的鐵被氧化，
故答案為：8Al+3Fe₃O₄

高溫  .

4Al₂O₃+9Fe；防止生成的鐵被氧化；
（3）①根據(jù)表格 可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁離子和鎂離子不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，故需要加入H₂O₂；然后調(diào)節(jié)4≤pH＜4.2即可將Fe³⁺沉淀而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀，調(diào)節(jié)pH選用的試劑不能用氧化鐵，因?yàn)闀?huì)引起紅色粉未M的質(zhì)量偏大，故應(yīng)選用氨水，
故答案為：C；D；
②操作Ⅰ的目的是將生成的氫氧化鐵從混合液中分離，操作方法為過濾、洗滌；操作Ⅱ?yàn)閷�氫氧化鐵轉(zhuǎn)化成氧化鐵，操作方法為灼燒；灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g，
故答案為：過濾、洗滌；灼燒；最后兩次稱量質(zhì)量差小于0.1g；
③根據(jù)Fe（OH）₃的Ksp=c（Fe³⁺）?c³（OH^-）=4×10^-38，而pH=4，故c（OH^-）=10^-10mol/L，帶入Ksp=c（Fe³⁺）?c³（OH^-）=4×10^-38，解得：c（Fe³⁺）=4×10^-8 mol/L，
故答案為：4×10^-8；
④最終紅色粉未M為Fe₂O₃，根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終完全轉(zhuǎn)化成14.14g Fe₂O₃，故鐵原子的質(zhì)量為：m（Fe）=

14.14g

160g/mol

×2×56gmol=89.898g
故該“鐵塊”的純度為：

9.898g

10g

×100%=98.98%；
如果對(duì)所得過濾固體直接洗滌、烘干、稱量，烘干過程中會(huì)引起Fe（OH）₃的分解，故會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏小，
故答案為：98.98%；偏��；Fe（OH）₃在烘干過程中會(huì)有部分發(fā)生分解反應(yīng)，質(zhì)量變�。�

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了探究物質(zhì)組成、測(cè)量物質(zhì)含量及鋁熱反應(yīng)，試題綜合性較強(qiáng)，難度較大，注意掌握鋁熱反應(yīng)原理，明確難溶物溶度積常數(shù)的含義及應(yīng)用方法，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．