Question

15．三氯化鐵廣泛應(yīng)用于污水處理、五金蝕刻及有機(jī)工業(yè)的催化劑、氧化劑和氯化劑等．
（1）現(xiàn)用mg廢鐵屑（Fe₂O₃）制取FeCl₃•6H₂O晶體，并測(cè)定廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（夾持裝置略）．反應(yīng)開(kāi)始前至A中固體完全消失時(shí)，依次進(jìn)行下列操作：
①緩慢滴加足量鹽酸
②關(guān)閉彈簧夾K₁、打開(kāi)K₂并關(guān)閉活塞a
③打開(kāi)彈簧夾K₁、關(guān)閉K₂并打開(kāi)活塞a
正確的操作順序是③①②（填序號(hào)）；當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯后，燒杯中的現(xiàn)象是無(wú)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和2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得B中所得的氣體VmL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），由此計(jì)算出該廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{V}{400m}$，該數(shù)值比實(shí)際數(shù)值偏低，若實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作無(wú)誤，偏低的原因是：Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少．
（3）另取mg廢鐵屑和CO氣體在加熱時(shí)充分反應(yīng)到恒重，測(cè)得實(shí)驗(yàn)后剩余固體質(zhì)量是wg，由此求出鐵的準(zhǔn)確質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%（用含m和w的式子表示，無(wú)需化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 （1）裝置A中的鐵完全消失，反應(yīng)結(jié)束；打開(kāi)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(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（2）“用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來(lái)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；
（3）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）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，鐵與鹽酸反應(yīng)的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，；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溶液，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，生成的氯化鐵作催化劑，使雙氧水分解生成氣體，反應(yīng)的方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，收集測(cè)定生成的氧氣體積，結(jié)合反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算，操作步驟如下：
Ⅰ．打開(kāi)彈簧夾K₁、關(guān)閉彈簧夾K₂，并打開(kāi)活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當(dāng)A中固體完全消失時(shí)，關(guān)閉彈簧夾K₁、打開(kāi)彈簧夾K₂，當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯后關(guān)閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾后得到FeCl₃•6H₂O晶體，所以依次進(jìn)行下列操作：
①緩慢滴加足量鹽酸
②關(guān)閉彈簧夾K₁、打開(kāi)K₂并關(guān)閉活塞a
③打開(kāi)彈簧夾K₁、關(guān)閉K₂并打開(kāi)活塞a
正確的操作順序是③①②，
故答案為：③①②；無(wú)色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于廢鐵屑中含有氧化鐵，和鹽酸反應(yīng)生成的三價(jià)鐵離子能夠和鐵反應(yīng)，導(dǎo)致鐵減少，置換的氫氣體積減少，
故答案是：Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少；
（3）mg廢鐵屑中的氧化鐵被還原后質(zhì)量變成wg鐵，質(zhì)量差（m-w）g就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，設(shè)廢鐵屑中氧化鐵的質(zhì)量為x
Fe₂O₃～3O
160   48
x    （m-w）g
x=$\frac{160（m-w）g}{48}$=$\frac{10（m-w）}{3}$g，
鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%．

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，涉及了較多的化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、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．