Question

4．鐵及其化合物在生產和生活中有著廣泛的應用．
（1）氧化鐵是重要工業顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：回答下列問題：

（1）氧化鐵是重要工業顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：回答下列問題：
①操作Ⅰ的名稱分別是過濾、如何判斷操作Ⅱ進行完全取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無使紅色石蕊試紙變藍色的氣體生成，證明洗滌干凈．
②寫出在空氣中煅燒FeCO₃的化學方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
③．煅燒如果不充分，產品中將有Fe²⁺ 存在，試設計實驗檢驗產品中有無Fe²⁺取固體樣品少許放入試管中，加入足量稀硫酸，震蕩試管，再加入幾滴滴入KMnO₄溶液，若溶液褪色證明含有Fe²⁺，否則不存在．
（2）有些同學認為KMnO₄溶液滴定也能進行鐵元素含量的測定．
a．稱取2.850g綠礬（FeSO₄•7H₂O）產品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
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寫出酸性KMnO₄溶液與FeSO₄溶液反應的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②如何判斷滴定終點滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應達到終點
③計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為97.54%．

Answer 1

分析 碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過過濾分離得到濾液，濾液中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉化為FeCO₃沉淀，再通過過濾分離濾液與FeCO₃，濾液中含有硫酸銨，FeCO₃表面附著雜質，在干燥前應先洗滌除去雜質，在空氣中煅燒分解，且+2價鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價，最終得到Fe₂O₃，
（1）①操作I后得到濾渣和濾液，應為過濾；沉淀干燥前應先洗滌除去雜質；
②FeCO₃與氧氣反應生成三氧化二鐵和二氧化碳；
③依據煅燒反應不完全，生成氧化鐵中含有碳酸亞鐵，可以先加酸溶解，再加入高錳酸鉀溶液檢驗亞鐵離子的存在；
（2）①高錳酸根具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時有水生成；
②亞鐵離子被氧化為三價鐵離子，高錳酸鉀溶液做指示劑，滴定終點時溶液由淺綠色變為紫紅色，且半分鐘內不立即褪去；
③根據n=cV計算25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質的量，進而計算250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質的量，再根據①中離子方程式計算亞鐵離子的物質的量，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質的量，根據m=nM計算FeSO₄•7H₂O的質量，進而計算其質量分數．

解答 解：碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過過濾分離得到濾液，濾液中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉化為FeCO₃沉淀，再通過過濾分離濾液與FeCO₃，濾液中含有硫酸銨，FeCO₃表面附著雜質，在干燥前應先洗滌除去雜質，在空氣中煅燒分解，且+2價鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價，最終得到Fe₂O₃，
（1）①操作I分離互不相溶的固體與液體，采取過濾；碳酸亞鐵表面附著雜質，沉淀干燥前應先洗滌除去雜質，判斷操作Ⅱ進行完全的方法是，取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無使紅色石蕊試紙變藍色的氣體生成，證明洗滌干凈，
故答案為：過濾；取最后一次洗滌液少量于試管中滴入濃氫氧化鈉溶液加熱，無使紅色石蕊試紙變藍色的氣體生成，證明洗滌干凈；
②在空氣中煅燒FeCO₃的化學方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
③煅燒如果不充分，產品中將有Fe²⁺ 存在，主要是Fe₂O₃和FeCO₃，取樣品放入試管中，加入稀硫酸溶解得到溶液，滴入高猛酸鉀溶液，若滴入的高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子，否則不存在，
故答案為：取固體樣品少許放入試管中，加入足量稀硫酸，震蕩試管，再加入幾滴滴入KMnO₄溶液，若溶液褪色證明含有Fe²⁺，否則不存在；
（2）①高錳酸根具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時有水生成，反應離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定實驗是利用高錳酸鉀溶液的顏色變化指示反應終點，所以反應完全后，滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應達到終點，
故答案為：滴入最后一滴溶液，溶液呈紫紅色且半分鐘不褪色，證明反應達到終點；
③25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質的量為0.02L×0.0100mol/L=2×10^-4mol，可知250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質的量為2×10^-4mol×$\frac{250ml}{25ml}$=2×10^-3mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知250mL溶液中亞鐵離子離子的物質的量為2×10^-3mol×5=0.01mol，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質的量為0.01mol，
故FeSO₄•7H₂O的質量分數為：$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案為：97.54%．

點評 本題通過化學工藝流程考查探究物質組成、測量物質含量的方法，題目難度中等，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵，注意分析試劑線、操作線、反應線，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎．