Question

17．綠礬晶體（FeSO₄•7H₂O，M=278g/mol）是治療缺鐵性貧血藥品的重要成分．實驗室利用硫酸廠的燒渣（主要成分為Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂），制備綠礬的過程如下：

（上述過程所加試劑均過量）
試回答：
（1）操作Ⅰ為過濾（填寫操作名稱）．
（2）試劑Y與溶液X反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（3）檢驗所得綠礬晶體中含有Fe²⁺的實驗操作是將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，再向溶液中加入氯水變成紅色．
（4）操作Ⅲ的順序依次為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）某同學用酸性KMnO₄溶液測定綠礬產品中Fe²⁺含量：
a．稱取11.5g綠礬產品，溶解、配制成1000mL溶液；
b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00mL．
①步驟a配制溶液時需要的玻璃儀器除玻璃棒、量筒、燒杯、膠頭滴管外，還需1000mL容量瓶．
②該同學設計的下列滴定方式，最合理的是b（夾持部分略去）（填字母序號）．

③滴定時發生反應的離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
④判斷此滴定實驗達到終點的方法是滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成紫色且半分鐘不再褪色；若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視KMnO₄溶液液面，其他操作均正確，則使測定結果偏低（填“偏高”“偏低”或“無影響”）．
⑤計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為96.7%．

Answer 1

分析 硫酸廠燒渣與硫酸、氧氣反應，過濾分離得到濾液X和不溶物I（S、二氧化硅等）；濾液X主要為Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄等，加入鐵粉生成硫酸亞鐵溶液，還可除去未反應的硫酸，過濾除去未反應的Fe，濾液為硫酸亞鐵溶液，再通過濃縮蒸發、冷卻結晶得到綠礬．
（1）對照操作Ⅰ前后的物質變化，可知操作Ⅰ是過濾；
（2）加入Fe將Fe³⁺還原為Fe²⁺，還可除去未反應的硫酸；
（3）Fe²⁺的檢驗可以用KSCN氯水法；
（4）操作Ⅲ是從溶液中獲得晶體；
（5）①配制溶液，顯然要用到容量瓶，應該注意容量瓶的規格；
②高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化橡膠管，應該用酸式滴定管，注意減少氧氣的氧化；
③酸性高錳酸鉀具有強氧化性，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Mn²⁺；
④高錳酸鉀溶液本身是紫紅色，不用添加指示劑，根據溶液顏色判斷終點；滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視KMnO₄溶液液面，液面在刻度線下方，所讀高錳酸鉀溶液的體積偏小；
⑤根據消耗高錳酸鉀計算n（Fe²⁺），而n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺），進而計算樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數．

解答 解：硫酸廠燒渣與硫酸、氧氣反應，過濾分離得到濾液X和不溶物I（S、二氧化硅等）；濾液X主要為Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄等，加入鐵粉生成硫酸亞鐵溶液，還可除去未反應的硫酸，過濾除去未反應的Fe，濾液為硫酸亞鐵溶液，再通過濃縮蒸發、冷卻結晶得到綠礬．
（1）操作Ⅰ是將互不相溶的固體與液體分離，可知操作Ⅰ是過濾，
故答案為：過濾；
（2）加入Fe將Fe³⁺還原為Fe²⁺，還可除去未反應的硫酸，反應離子方程式為：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（3）Fe²⁺的檢驗方法：將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，再向溶液中加入氯水變成紅色，
故答案為：將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，再向溶液中加入氯水變成紅色；
（4）操作Ⅲ是從溶液中獲得晶體，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到晶體，
故答案為：蒸發濃縮、洗滌；
（5）①配制溶液，顯然要用到容量瓶，需要1000mL容量瓶，
故答案為：1000mL容量瓶；
②高錳酸鉀溶液具有強氧化性，能氧化橡膠管，應該用酸式滴定管，c裝置與空氣接觸比較大，易被氧氣氧化，故選：b；
③酸性高錳酸鉀具有強氧化性，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Mn²⁺，反應離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
④高錳酸鉀溶液本身是紫紅色，不用添加指示劑，滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成紫色且半分鐘不再褪色，說明反應到達終點，
滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視KMnO₄溶液液面，液面在刻度線下方，所讀高錳酸鉀溶液的體積偏小，測定結果偏低，
故答案為：滴加最后一滴KMnO₄溶液時，溶液變成紫色且半分鐘不再褪色；偏低；
⑤25mL溶液消耗高錳酸鉀為0.02L×0.01mol/L=0.0002mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知11.5g綠礬產品中n（Fe²⁺）=5×0.0002mol×$\frac{1000mL}{25mL}$=0.04mol，而n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺）=0.004mol，樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為$\frac{0.04mol×278g/mol}{11.5g}$×100%=96.7%，
故答案為：96.7%．

點評 本題考查物質的制備，涉及物質的分離提純、溶液配制、氧化還原反應滴定、物質含量測定等，題目難度中等，關鍵是明確制備原理及化學實驗基本操作．