Question

3．易溶于水的三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于攝影和藍色印刷．以鐵屑為原料的制備流程如下：

請回答下列問題：
（1）鐵屑中常含硫元素，加稀硫酸時會產生有毒的H₂S氣體，可用氫氧化鈉溶液吸收，下列吸收裝置正確的是A．

（2）制得的FeSO₄溶液中需加入少量的H₂SO₄酸化，目的是防止Fe²⁺的水解．若要從溶液中得到綠礬FeSO₄•7H₂O，必須進行的實驗操作是bcae（按順序填寫）．a．過濾洗滌b．蒸發濃縮c．冷卻結晶d．灼燒e．干燥
（3）該晶體鹽在110℃可完全失去結晶水，繼續升高溫度可發生分解反應．
①分解得到的氣體產物用如下裝置進行實驗

裝置檢查氣密性后，先通一段時間N₂，其目的為排出裝置中的空氣，防止干擾實驗結果．結束實驗時先熄滅酒精燈再通入N₂至常溫，其目的為防止液體回流（或倒吸）．實驗過程中觀察到B、F中澄清石灰水都變渾濁，E中有紅色固體生成，則氣體產物是CO₂、CO．
②分解得到的固體產物含有K₂CO₃、FeO、Fe，加水溶解、過濾、洗滌、干燥，得到含鐵樣品．現設計下列三種實驗方案對該樣品進行物質含量測定．
【甲】a g樣品$→_{攪拌}^{足量稀硝酸}$溶液$→_{攪拌}^{足量NaOH}$$→_{烘干灼燒}^{過濾洗滌}$得固體b g
【乙】a g樣品$→_{攪拌}^{足量稀硫酸}$$\stackrel{測量氣體體積}{→}$量氣測得氣體體積V_a mL
【丙】a g樣品$→_{溶解配置}^{足量稀鹽酸}$250mL溶液$→_{用酸性KMnO_{4}溶液滴定}^{每次取25mL溶液}$三次平均消耗0.1mol•L^-1酸性KMnO₄溶液V_b mL
你認為以上方案中丙方案無法確定樣品的組成，理由是使用鹽酸溶解樣品，氯離子也可被酸性MnO₄^-氧化．

Answer 1

分析 以鐵屑為原料制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：鐵和硫酸反應：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亞鐵和草酸反應：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸鉀、雙氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）氣體吸收裝置中既要吸收氣體又能排出不反應的氣體；
（2）FeSO₄溶液中亞鐵離子會水解，加酸可以抑制水解，根據硫酸亞鐵溶液得到綠礬晶體的操作來回答，從溶液中得到綠礬晶體的實驗操作是蒸發濃縮，冷卻結晶過濾洗滌干燥；
（3）三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體在110℃可完全失去結晶水，繼續升高溫度可發生分解反應，根據元素守恒推測得到的產物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，A加熱三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體分解，B裝置澄清石灰水檢驗二氧化碳存在，C足量氫氧化鈉吸收二氧化碳，D濃硫酸干燥氣體，E中有黑色氧化銅，實驗現象B中有沉淀出現，則證明有二氧化碳產生，F中溶液均變渾濁，則E中發生一氧化碳還原氧化銅的反應，現象是粉末由黑色變為紅色，紅色固體生成，則證明有一氧化碳生成．
①根據實驗原理生成的金屬銅能被氧氣氧化，應將裝置中的空氣排凈，注意裝置的倒吸現象；
②高錳酸鉀具有氧化性，能將氯離子氧化，這樣會干擾實驗結果，對比三項試驗方案得到結論．

解答 解：以鐵屑為原料制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O的流程：鐵和硫酸反應：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，硫酸亞鐵和草酸反應：FeSO₄+H₂C₂O₄+2H₂O=FeC₂O₄•2H₂O+H₂SO₄，加入草酸鉀、雙氧水生成K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O．
（1）A．該裝置中硫化氫與氫氧化鈉溶液接觸面積大，從而使硫化氫吸收較完全，且該裝置中氣壓較穩定，不產生安全問題，故A正確；
B．硫化氫與氫氧化鈉接觸面積較小，所以吸收不完全，故B錯誤；
C．沒有排氣裝置，導致該裝置內氣壓增大而產生安全事故，故C錯誤；
D．該裝置中應遵循“長進短出”的原理，故D錯誤；
故選A；
（2）FeSO₄溶液中亞鐵離子會水解，加酸可以抑制水解，綠礬晶體含有結晶水，應選擇蒸發結晶，從硫酸亞鐵溶液得到綠礬晶體的操作應為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥，
故答案為：防止亞鐵離子水解；bcae；
（3）①三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體在110℃可完全失去結晶水，繼續升高溫度可發生分解反應，根據元素守恒推測得到的產物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，一氧化碳還原氧化銅，得到的金屬銅可被氧氣氧化，所以實驗開始先通一段時間N₂，將裝置中的空氣排凈，實驗結束時，為防止倒吸，應該先熄滅酒精燈再通入N₂至常溫，實驗過程中觀察到B、F中澄清石灰水都變渾濁，即證明二氧化碳產生，E中有紅色固體生成，證明還原性的氣體一氧化碳的產生，
故答案為：排除裝置中的空氣，防止干擾實驗結果；防止液體回流（或倒吸）；CO₂、CO；
②在實驗方案丙中，先是用鹽酸溶解，最后加入高錳酸鉀后，高錳酸鉀具有氧化性，能將亞鐵離子以及氯離子氧化，這樣會導致得到的亞鐵離子的含量偏高，干擾實驗結果，無法確定樣品的組成，
故答案為：丙方案；使用鹽酸溶解樣品，氯離子也可以被高錳酸根離子氧化．

點評 本題考查了物質性質的實驗探究，實驗方案的設計與分析，主要是三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體分解產物驗證實驗的過程分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．