Question

11．實驗室里用某工廠燒渣（主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO₂等）來制備綠礬（FeSO₄•7H₂O）和聚鐵（堿式硫酸鐵的聚合物），其過程如下：

（1）若用濃硫酸配制過程①所需的250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需要250mL容量瓶、膠頭滴管．
（2）過程②用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有坩堝（填儀器名稱），該過程產生的尾氣會對大氣造成污染，可選用下列試劑中的c吸收．
a．濃硫酸　　　b．蒸餾水　　　c．NaOH溶液　　　d．濃硝酸
（3）過程③中，需要加入的物質名稱是鐵，檢驗溶液X中金屬陽離子是否完全轉化的試劑為硫氰化鉀溶液（填試劑名稱）．
（4）過程④的操作是將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌，即得到FeSO₄•7H₂O晶體．過程⑥中，將溶液Z加熱到70～80℃，目的是促進Fe³⁺的水解．
（5）實驗室為測定所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質量分數，進行下列實驗．①用分析天平稱取樣品3.200g；②將樣品溶于足量鹽酸后，加入足量的氯化鋇溶液；③過濾、洗滌、干燥、稱量，得固體質量為3.495g．若該聚鐵主要成分為[Fe（OH）SO₄]_n，則該聚鐵中鐵元素的質量分數為26.25%．

Answer 1

分析 燒渣中加入稀硫酸、同時通入氧氣，過濾后，得到固體W中含有S、SiO₂，再灼燒后尾氣中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反應的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反應完畢，過濾得到溶液Y為FeSO₄溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到綠礬．溶液X調節pH得到溶液Z，加熱促進Fe³⁺的水解得到聚鐵膠體，再經過膠體聚沉得到聚鐵，通過調節pH可以控制氫氧化鐵與硫酸鐵的比例關系．
（1）用濃硫酸配制250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，需要玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）過程②為固體灼燒，用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有坩堝；
該過程產生的尾氣中含有二氧化硫，選擇的吸收劑能很好的溶解二氧化硫或與二氧化硫反應，但不能產生新的有害氣體；
（3）過程③中將硫酸鐵轉化為硫酸亞鐵，加入Fe粉；溶液X中金屬陽離子為Fe³⁺，利用KSCN溶液檢驗是否完全轉化；
（4）從溶液中獲得晶體，需要經過加熱蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作；
將溶液Z加熱到70～80℃有利于鐵離子水解的進行；
（5）步驟③中得到3.495g固體為BaSO₄沉淀，根據n=$\frac{m}{M}$計算BaSO₄的物質的量，根據硫酸根守恒，可以計算聚鐵中硫酸根的物質的量，結合聚鐵中Fe與硫酸根比例關系計算Fe的物質的量，再根據m=nM計算鐵元素質量，進而計算鐵元素質量分數．

解答 解：燒渣中加入稀硫酸、同時通入氧氣，過濾后，得到固體W中含有S、SiO₂，再灼燒后尾氣中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反應的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反應完畢，過濾得到溶液Y為FeSO₄溶液，再經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等得到綠礬．溶液X調節pH得到溶液Z，加熱促進Fe³⁺的水解得到聚鐵膠體，再經過膠體聚沉得到聚鐵，通過調節pH可以控制氫氧化鐵與硫酸鐵的比例關系．
（1）用濃硫酸配制250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需要250mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）過程②為固體灼燒，用到多種硅酸鹽質的儀器，除玻璃棒、酒精燈、泥三角外，還有坩堝；
該過程產生的尾氣中含有二氧化硫，濃硫酸不能吸收二氧化硫，二氧化硫在水溶解度雖然較大，亞硫酸溶于易揮發得到二氧化硫，但不宜使用水吸收進行處理，氫氧化鈉與硝酸都能與二氧化硫反應，但硝酸反應會產生氮的氧化物，而污染空氣，應選擇NaOH，
故答案為：坩堝；c；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制備綠礬，應加入Fe使之還原為Fe²⁺，加入鐵可生成Fe²⁺，并且不引入新的雜質，過程③中需要加入Fe粉；溶液X中金屬陽離子為Fe³⁺，利用KSCN溶液檢驗是否完全轉化，取反應后的溶液少許于試管中，加入KSCN溶液，若溶液不變紅色，說明反應完全，若溶液變為紅色，說明未反應完全，
故答案為：鐵；硫氰化鉀溶液；
（4）從硫酸亞鐵溶液中獲得FeSO₄•7H₂O晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等操作；
過程⑥目的為促進的水解，加熱有利于水解的進行，促進Fe³⁺的水解，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；促進Fe³⁺的水解；
（5）步驟③中得到3.495g固體為BaSO₄沉淀，其物質的量為$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，根據硫酸根守恒，可以計算聚鐵中硫酸根為0.015mol，結合聚鐵中Fe與硫酸根比例關系可知Fe的物質的量為0.015mol，故鐵元素質量分數為$\frac{0.015mol×56g/mol}{3.200g}$×100%=26.25%，
故答案為：26.25%．

點評 本題考查物質制備方案、溶液配制、物質的分離提純、基本操作、對條件控制的分析評價、物質組成含量的測定等，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，（5）中注意利用守恒法計算硫酸根物質的量，再結合化學式計算，難度中等．