Question

鐵氧體是一類磁性材料，通式為MO?xFe₂O₃（M為二價金屬離子）．
根據(jù)題意完成：
Ⅰ、為了制備鐵氧體，稱取5.6g鐵粉、一定量的FeCl₃（s） 作為原料，先制備Fe₃O₄．方法如下：用稀硫酸溶解鐵粉，加入FeCl₃（s），經(jīng)過一系列反應(yīng)得到純凈的Fe₃O₄[已知1molFe（OH）₂與2molFe（OH）₃混合灼燒可得到1mol Fe₃O₄]．需要加入FeCl₃（s）

32.5

 g．
Ⅱ、如果以MgSO₄（s）和FeCl₃（s）為原料制備9.0g MgO?2Fe₂O₃，在制取過程中至少需要1mol/L的NaOH（aq）

350

 mL．
Ⅲ、在一次制備Fe₃O₄的實(shí)驗(yàn)中，由于反應(yīng)物比例控制不當(dāng)，獲得了另一種產(chǎn)品．取a克該產(chǎn)品溶于100mL鹽酸（足量）中，需要通入672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）Cl₂才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，然后蒸干所得溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體．計(jì)算：
①ag該產(chǎn)品溶于鹽酸后，溶液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度（溶液體積變化忽略不計(jì)）．
②推算該產(chǎn)品的化學(xué)式（寫出推算過程）．
Ⅳ、有一種在電子工業(yè)廣泛應(yīng)用的含鉻鐵氧體，其組成可表示為：Fe²⁺?Fe³⁺[Fe³⁺_（1-x）?Cr³⁺_x?O₄]．向含有1.92mol硝酸的某溶液中加入一定量的該種鐵氧體，恰好完全反應(yīng)后，收集到NO、NO₂的混合氣體2.688L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．計(jì)算：（均需寫出計(jì)算過程）
①參加反應(yīng)的鐵氧體的物質(zhì)的量．
②所得氣體中NO、NO₂的體積比．

Answer 1

分析：Ⅰ、根據(jù)n=

m

M

計(jì)算5.6g鐵粉的物質(zhì)的量，鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，F(xiàn)e₃O₄可表示為FeO?Fe₂O₃，亞鐵來源于硫酸亞鐵，據(jù)此計(jì)算+3鐵的物質(zhì)的量，再根據(jù)m=nM計(jì)算FeCl₃固體質(zhì)量；
Ⅱ、根據(jù)n=

m

M

計(jì)算9.0克MgO?2Fe₂O₃的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算MgO、Fe₂O₃各自物質(zhì)的量，根據(jù)工藝流程可知，MgO、Fe₂O₃來自氫氧化鎂、氫氧化鐵分解，由電荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺），再根據(jù)V=

n

c

計(jì)算需要1mol/L的NaOH溶液體積；
Ⅲ、①依據(jù)氯氣和亞鐵離子反應(yīng)生成鐵離子的離子方程式計(jì)算亞鐵離子物質(zhì)的量，結(jié)合濃度概念計(jì)算；
②根據(jù)n=

V

Vm

計(jì)算氯氣的物質(zhì)的量，氯氣氧化Fe²⁺為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算Fe²⁺的物質(zhì)的量．據(jù)此確定+2價鐵的物質(zhì)的量．最后所得溶液為氯化鐵溶液，蒸干溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體為Fe₂O₃，根據(jù)n=

m

M

計(jì)算Fe₂O₃的物質(zhì)的量，利用鐵元素守恒計(jì)算+3價鐵的物質(zhì)的量，據(jù)此確定該產(chǎn)品化學(xué)式；
Ⅳ、①依據(jù)亞鐵離子被硝酸氧化的反應(yīng)結(jié)合化學(xué)式中離子關(guān)系和元素守恒分析計(jì)算；
②利用氧化還原知識來解，因?yàn)樯�成NO、NO₂的反應(yīng)為二價鐵離子和硝酸的反應(yīng)．

解答：解：Ⅰ、2.8g鐵粉的物質(zhì)的量為

5.6g

56g/mol

=0.1mol，鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵，F(xiàn)e₃O₄可表示為FeO?Fe₂O₃，亞鐵來源于硫酸亞鐵，故+2價鐵的物質(zhì)的量為0.1mol，+3鐵的物質(zhì)的量為0.1mol×2=0.2mol，故需要FeCl₃的物質(zhì)的量為0.2mol，其質(zhì)量為0.2mol×162.5g/mol=32.5g，
故答案為：32.5g；
Ⅱ、9.0克MgO?2Fe₂O₃的物質(zhì)的量為

9g

360g/mol

=0.025mol，故氧化物中MgO的物質(zhì)的量為0.025mol、Fe₂O₃的物質(zhì)的量為0.025mol×2=0.05mol，根據(jù)工藝流程可知，MgO、Fe₂O₃來自氫氧化鎂、氫氧化鐵分解，由電荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺）=0.025mol×2+0.05mol×2×3=0.35mol，故需要1mol/L的NaOH溶液體積為

0.35mol

1mol/L

=0.35L=350mL；
故答案為：350mL；
Ⅲ、①取a克該產(chǎn)品溶于100mL鹽酸（足量）中，需要通入672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）Cl₂物質(zhì)的量=

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³++2Cl^-，計(jì)算得到亞鐵離子物質(zhì)的量為0.06mol，亞鐵離子的濃度=

0.06mol

0.1L

=0.6mol/L；
答：溶液中Fe²⁺的物質(zhì)的量濃度0.6 mol/L；
②氯氣的物質(zhì)的量為

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，氯氣氧化Fe²⁺為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知Fe²⁺的物質(zhì)的量為

0.03mol×2

1

=0.06mol，故氧化物中+2價鐵的物質(zhì)的量為0.06mol，最后所得為氯化鐵溶液，蒸干溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體為Fe₂O₃，F(xiàn)e₂O₃的物質(zhì)的量為

9.6g

160g/mol

=0.06mol，利用鐵元素守恒可知氧化物中+3價鐵的物質(zhì)的量為0.06mol×2-0.06mol=0.06mol，故FeO與Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比為0.06mol：

0.06

2

=2：1，該產(chǎn)品化學(xué)式為2FeO?Fe₂O₃，
答：該產(chǎn)品的化學(xué)式為：2FeO?Fe₂O₃；
Ⅳ、①根據(jù)題目的分子式，那其中的X只能取1，其他情況皆不符合，一個分子中不可能有半個鉻離子，然后就可以得到分子式了，為Fe²⁺Fe³⁺[Cr³⁺?O₄]，可以看出，分子式中的鐵元素數(shù)目為鉻元素數(shù)目的2倍．然后，根據(jù)溶液電荷守恒定律，有3n（Fe³⁺）+3n（Cr³⁺）=n（NO₃^-），根據(jù)氮元素守恒，硝酸的量減去溢出氣體的量

2.688L

22.4LL/mol

=0.12mol；即為溶液中氮元素的量，也即1.92-0.12=1.8mol，是溶液中硝酸根離子的物質(zhì)的量，那么根據(jù)電荷守恒式和n（Fe³⁺）=2（Cr³⁺），可以得到n（Cr³⁺）=0.2mol，一個鉻鐵氧體分子中分子中只有一個鉻原子，二者是一比一關(guān)系，那么消耗鉻鐵氧體的量就是0.2mol；
答：參加反應(yīng)的鐵氧體的物質(zhì)的量為0.2 mol；
②設(shè)生成NO為Xmol，NO₂為ymol，根據(jù)生成氣體總量，可知x+y=

2.688L

22.4LL/mol

，然后根據(jù)反應(yīng)式的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)二價鐵（等于消耗鉻鐵氧體的量）的含量為3x+y=0.2，聯(lián)立方程解出得x=0.04  y=0.08，則x：y=1：2
答：所得氣體中NO、NO₂的體積比V（NO）：V（NO₂）=1：2；

點(diǎn)評：本題以鐵氧體磁性材料制備為載體，考查混合物的有關(guān)計(jì)算，難度中等，注意根據(jù)元素守恒與原子守恒解答，題目難度較大．