Question

12．草酸亞鐵用作分析試劑及顯影劑等，其制備流程如圖1：

Ⅰ、（1）配制一定濃度（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O溶液時，需加少量稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解．
配制步驟是：計算、稱量、溶解、搖勻裝瓶．
（2）將制得的產(chǎn)品在氬氣氣氛中進行熱重分析，結果如圖2（TG%表示殘留固體質(zhì)量占原樣品總質(zhì)量的百分數(shù)）．
①A→B發(fā)生反應的化學方程式為FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g）． C處時殘留物的化學式為FeO．
②有研究學者在實驗過程中用氣相色譜還檢出H₂，最終產(chǎn)物中也有微量的磁性物質(zhì)生成，請你猜想用一
個方程式解釋這種事實：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂．
Ⅱ、某化學興趣小組的同學進行草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•nH₂O）分解的實驗探究．經(jīng)過小組討論，他們設計了如圖3裝置進行實驗（夾持裝置未畫出）：燒瓶A中盛有飽和NH₄Cl和NaNO₂的混合液（常用于實驗室制N₂），干燥管B、G中盛有堿石灰，試管D、F、I中盛有澄清石灰水．
（3）連接好裝置后，加入藥品前，應該進行的實驗操作是檢驗裝置氣密性（填操作名稱）．
（4）寫出A中發(fā)生化學反應的方程式NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O．
（5）實驗時先打開活塞a，并加熱燒瓶A一段時間，其目的是生成的N₂排除裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾；然后停止加熱，關閉活塞a，實驗結束前，還要打開活塞a，加熱燒瓶A一段時間，其目的是使分解產(chǎn)物全部通過后面的裝置，充分反應．
定性研究
（6）試管D中出現(xiàn)渾濁，證明產(chǎn)物中有CO₂存在，證明分解產(chǎn)物中存在CO的現(xiàn)象是F中不出現(xiàn)渾濁，I中出現(xiàn)渾濁（H內(nèi)固體變紅），要證明分解時產(chǎn)生的另一種氣態(tài)產(chǎn)物的存在應該如何改進裝置在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置；將充分反應后的固體殘余物投入經(jīng)煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產(chǎn)物為FeO．
定量分析（假定每一步反應進行完全）
（7）取7.2g樣品進行實驗，測得硬質(zhì)玻璃管C中殘余固體2.88g，硬質(zhì)玻璃管H中固體質(zhì)量減輕0.64g，則草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•nH₂O）分解的化學方程式為FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）溶液中亞鐵離子水解，加入少量硫酸，抑制亞鐵離子水解；
（2）①由圖可知，加熱生成B時剩余固體為80%，損失20%，F(xiàn)eC₂O₄.2H₂O中結晶水的質(zhì)量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應是FeC₂O₄.2H₂O加熱失去結晶水；
由圖可知加熱生成C時，分解完全，假定草酸亞鐵晶體為180g，其物質(zhì)的量為1mol，則C固體的質(zhì)量為180g×40%=72g，鐵元素質(zhì)量為1mol×56g/mol=56，故應含有氧元素為72g-56g=16g，即鐵原子與氧原子物質(zhì)的量之比為1：1，應為FeO；
②氣相色譜還檢出H₂，最終產(chǎn)物中也有微量的磁性物質(zhì)生成，磁性物質(zhì)為四氧化三鐵，可能是FeO與水反應生成四氧化三鐵與氫氣；
Ⅱ．A裝置生成氮氣，發(fā)生反應為：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，B裝置干燥氮氣，C裝置中草酸亞鐵晶體加熱分解，試管D中出現(xiàn)渾濁，證明產(chǎn)物中有CO₂存在，F(xiàn)中不出現(xiàn)渾濁，I中出現(xiàn)渾濁（H內(nèi)固體變紅），證明分解產(chǎn)物中存在CO，在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置可以證明有水蒸氣生成，E中應盛放氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳，防止影響CO的檢驗，F(xiàn)裝置檢驗二氧化碳是否除盡，G裝置干燥氣體．裝置檢查氣密性后，先通一段時間N₂，排除裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾，實驗結束前，也需要通入氮氣，使分解產(chǎn)物全部通過后面的裝置，充分反應；
將充分反應后的固體殘余物投入經(jīng)煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產(chǎn)物為FeO；
（7）硬質(zhì)玻璃管C中殘余固體2.88g為FeO，其物質(zhì)的量為$\frac{2.88g}{72g/mol}$=0.04mol，由Fe元素守恒可知FeC₂O₄•nH₂O為0.04mol，故0.04mol×（56+24+64+18n）g/mol=7.2g，解得n=2，故草酸亞鐵晶體的化學式為FeC₂O₄•2H₂O，硬質(zhì)玻璃管H中發(fā)生反應：CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，固體質(zhì)量減輕0.64g，則參加反應的CuO中元素質(zhì)量為0.64g，則n（CO）=n（O）=$\frac{0.64g}{16g/mol}$=0.04mol，根據(jù)碳元素守恒，可知酸亞鐵晶體分解生成二氧化碳為0.04mol×2-0.04mol=0.04mol，據(jù)此書寫反應方程式．

解答 解：（1）溶液中亞鐵離子水解，加入少量硫酸，抑制亞鐵離子水解，
故答案為：抑制Fe²⁺水解；
（2）①由圖可知，加熱生成B時剩余固體為80%，損失20%，F(xiàn)eC₂O₄.2H₂O中結晶水的質(zhì)量為$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B發(fā)生反應是FeC₂O₄.2H₂O加熱失去結晶水，反應方程式為：FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g），
由圖可知加熱生成C時，分解完全，假定草酸亞鐵晶體為180g，其物質(zhì)的量為1mol，則C固體的質(zhì)量為180g×40%=72g，鐵元素質(zhì)量為1mol×56g/mol=56，故應含有氧元素為72g-56g=16g，氧原子物質(zhì)的量為1mol，即鐵原子與氧原子物質(zhì)的量之比為1：1，應為FeO，
故答案為：FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g）；FeO
②氣相色譜還檢出H₂，最終產(chǎn)物中也有微量的磁性物質(zhì)生成，磁性物質(zhì)為四氧化三鐵，可能是FeO與水反應生成四氧化三鐵與氫氣，反應方程式為：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂，
故答案為：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂；
Ⅱ．（3）連接好裝置后，加入藥品前，應該進行的實驗操作是：檢驗裝置氣密性，
故答案為：檢驗裝置氣密性；
（4）A裝置生成氮氣，發(fā)生反應為：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，
故答案為：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
（5）實驗時先打開活塞a，并加熱燒瓶A一段時間，其目的是：生成的N₂排除裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾；然后停止加熱，關閉活塞a，實驗結束前，還要打開活塞a，加熱燒瓶A一段時間，其目的是：使分解產(chǎn)物全部通過后面的裝置，充分反應，
故答案為：生成的N₂排除裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾；使分解產(chǎn)物全部通過后面的裝置，充分反應；
（6）試管D中出現(xiàn)渾濁，證明產(chǎn)物中有CO₂存在，證明分解產(chǎn)物中存在CO的現(xiàn)象是：F中不出現(xiàn)渾濁，I中出現(xiàn)渾濁（H內(nèi)固體變紅）；在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置可以證明有水蒸氣生成；將充分反應后的固體殘余物投入經(jīng)煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產(chǎn)物為FeO，
故答案為：CO₂；F中不出現(xiàn)渾濁，I中出現(xiàn)渾濁（H內(nèi)固體變紅）；在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置；FeO；
（7）硬質(zhì)玻璃管C中殘余固體2.88g為FeO，其物質(zhì)的量為$\frac{2.88g}{72g/mol}$=0.04mol，由Fe元素守恒可知FeC₂O₄•nH₂O為0.04mol，故0.04mol×（56+24+64+18n）g/mol=7.2g，解得n=2，故草酸亞鐵晶體的化學式為FeC₂O₄•2H₂O，硬質(zhì)玻璃管H中發(fā)生反應：CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，固體質(zhì)量減輕0.64g，則參加反應的CuO中元素質(zhì)量為0.64g，則n（CO）=n（O）=$\frac{0.64g}{16g/mol}$=0.04mol，根據(jù)碳元素守恒，可知酸亞鐵晶體分解生成二氧化碳為0.04mol×2-0.04mol=0.04mol，生成CO與二氧化碳物質(zhì)的量之比為1：1，該反應方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

點評 本題以草酸亞鐵制備為載體，考查鹽類水解、化學計算、物質(zhì)組成探究實驗，屬于拼合型題目，是對學生綜合能力的考查，難度較大．