Question

16．綠礬（FeSO₄•7H₂O）是硫酸法生產鈦白粉的主要副產物，可用于制備Fe₂O₃，復印用Fe₃O₄粉、還原鐵粉等，開發利用綠礬工藝是一項十分有意義的工作，某研究性小組展開了系列研究．
Ⅰ．制備Fe₂O₃
【資料一】
（1）無水硫酸銅遇水變成藍色的硫酸銅晶體．
（2）綠礬（FeSO₄•7H₂O）高溫分解產生一種金屬氧化物和幾種氣態非金屬氧化物．
（3）SO₂是無色有窒息性臭味的有毒氣體，能使品紅溶液褪色．
甲同學用如下裝置制備Fe₂O₃并驗證綠礬受熱分解的其他產物：

實驗過程中發現：A中有紅色固體生成，B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內有無色晶體（SO₃）析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是吸收有毒的二氧化硫或者是尾氣處理（合理即可），
綠礬高溫分解的化學方程式為2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+7H₂O↑．
II．制備Fe₃O₄
下圖是氧化沉淀法生產復印用高檔Fe₃O₄粉的工藝流程簡圖，根據要求回答問題．

【資料二】Fe（OH）₂是一種白色難溶于水的固體，在空氣中易被氧化．
①FeSO₄溶液中加入NaOH溶液，反應的化學方程式為FeSO₄+2NaOH=Na₂SO₄+Fe（OH）₂↓；
②通空氣時的化學方程式是4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃．由沉淀M獲得Fe₃O₄的過程中發生的反應為 Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O，控制“一定量空氣”的目的是控制Fe（OH）₃的轉化率，沉淀M中Fe（OH）₂ 和Fe（OH）₃的最佳質量比為90：214．
（1）副產品P是Na₂SO₄，由溶液N獲得該副產品的操作順序是b→c→a→d．
a．過濾     b．加熱濃縮    c．冷卻結晶    d．晶體加熱至完全失去結晶水
（2）若制取Fe（OH）₂，采取的實驗操作是：向盛有5mL新制FeSO₄溶液的試管中加入10滴植物油，然后用膠頭滴管加煮沸的NaOH溶液（驅趕O₂），膠頭滴管的正確使用方法是D（填字母）．
III．制備還原鐵粉
制備還原鐵粉的工業流程如下：

（1）操作1的名稱是過濾，NH₄HCO₃和FeSO₄溶液反應的化學方程式為2NH₄HCO₃+FeSO₄=CO₂↑+H₂O+FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
（2）若將14.06g粗還原鐵粉（假設粗還原鐵粉中雜質僅含少量Fe_xC）在氧氣流中完全反應，得到0.22g CO₂，將相同質量的粗還原鐵粉與足量稀硫酸反應，得到0.48gH₂（Fe_xC與稀硫酸反應不產生H₂）．試通過計算確定Fe_xC的化學式（請寫出計算過程）．

Answer 1

分析 根據給出的轉化關系對應的過程分析每個對應的問題，或者直接分析每個問題，從給出的信息中找對應的信息．

解答 解：
Ⅰ．制備Fe₂O₃
  由于實驗本身是制備氧化鐵的，所以試管中剩余固體應該是氧化鐵，為紅色物質．實驗過程中發現：A中有 紅色固體生成；B中無水硫酸銅變藍，說明有水生成；C中U形管內有無色晶體（SO₃）析出；D中品紅溶液褪色，說明有二氧化硫生成．所以反應物為綠礬，條件是高溫，生成物為氧化鐵、水、二氧化硫、三氧化硫，對應的化學方程式為 2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+7H₂O↑．由于生成物有二氧化硫，且根據信息提示（3）“SO₂是無色有窒息性臭味的有毒氣體，能使品紅溶液褪色”，所以要處理尾氣，裝置E的作用是吸收有毒的二氧化硫或者是尾氣處理（合理即可），
綠礬高溫分解的化學方程式為 2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+7H₂O↑．
II．
由沉淀M獲得Fe₃O₄的過程中發生的反應為 Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O，控制“一定量空氣”的目的是控制Fe（OH）₃的轉化率．
 Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃═Fe₃O₄+4H₂O，
90                       214
兩者質量比為90：214時恰好生成四氧化三鐵，所以沉淀M中Fe（OH）₂ 和Fe（OH）₃的最佳質量比為 90：214．
（1）副產品P是 Na₂SO₄，由溶液N獲得該副產品，由于題目給出了開始和結尾的操作，開始操作為加熱濃縮，所以后續應該是冷卻結晶，這樣才能得到晶體進而過濾得到固體，然后加熱讓帶結晶水的固體失去結晶水，所以操作順序是b→c→a→d．
（2）用膠頭滴管加煮沸的NaOH溶液（驅趕O₂）時，膠頭滴管的使用規則為懸空、垂直、不插入，所以膠頭滴管的正確使用方法為 D．
III．
（1）操作1是難溶性固體鈦酸亞鐵和硫酸銨溶液分離，所以為過濾．NH₄HCO₃和FeSO₄溶液反應生成二氧化碳、水、碳酸亞鐵和硫酸銨，對應的化學方程式為 2NH₄HCO₃+FeSO₄=CO₂↑+H₂O+FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
（2）若將14.06g粗還原鐵粉（假設粗還原鐵粉中雜質僅含少量Fe_xC）在氧氣流中完全反應，得到0.22g CO₂，可得對應的碳元素的質量為0.22g×$\frac{12}{12+16×2}$×100%=0.06g．將相同質量的粗還原鐵粉與足量稀硫酸反應，得到0.48gH₂（Fe_xC與稀硫酸反應不產生H₂）．
設單質鐵的質量為x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56                           2
x                            0.48g
$\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.48g}$
x=13.44g
則Fe_xC中鐵元素的質量為14.06g-13.44g-0.06g=0.56g
則Fe_xC中鐵原子和碳原子個數比為$\frac{0.56g}{56}$：$\frac{0.06g}{12}$=2：1
所以則Fe_xC 化學式為Fe₂C．
故答案為：
Ⅰ．制備Fe₂O₃
 紅；吸收有毒的二氧化硫或者是尾氣處理（合理即可）；2FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+7H₂O↑．
II．制備Fe₃O₄
90：214；
（1）c→a；
（2）D．
III．制備還原鐵粉
（1）過濾； 2NH₄HCO₃+FeSO₄=CO₂↑+H₂O+FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄．
（2）若將14.06g粗還原鐵粉（假設粗還原鐵粉中雜質僅含少量Fe_xC）在氧氣流中完全反應，得到0.22g CO₂，可得對應的碳元素的質量為0.22g×$\frac{12}{12+16×2}$×100%=0.06g．將相同質量的粗還原鐵粉與足量稀硫酸反應，得到0.48gH₂（Fe_xC與稀硫酸反應不產生H₂）．
設單質鐵的質量為x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56                           2
x                            0.48g
$\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.48g}$
x=13.44g
則Fe_xC中鐵元素的質量為14.06g-13.44g-0.06g=0.56g
則Fe_xC中鐵原子和碳原子個數比為$\frac{0.56g}{56}$：$\frac{0.06g}{12}$=2：1
所以則Fe_xC 化學式為Fe₂C．

點評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實際上與復雜的轉化圖相比，其實很簡單很基礎，或者可以說轉化圖提供的是情境，考查基本知識．