Question

17．氯化鐵是常見的水處理劑，利用廢鐵屑可制備無水氯化鐵．實驗室制備裝置和工業制備流程圖如下：

已知：（1）無水FeCl₃的熔點為555K、沸點為588K．
（2）廢鐵屑中的雜質不與鹽酸反應
（3）不同溫度下六水合氯化鐵在水中的溶解度如下：

溫度/℃	0	20	80	100
溶解度（g/100g H2O）	74.4	91.8	525.8	535.7

實驗室制備操作步驟如下：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁，關閉彈簧夾K₂，并打開活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當…時，關閉彈簧夾K₁，打開彈簧夾K₂，當A中溶液完全進入燒杯后關閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液經過一系列操作后得到FeCl₃•6H₂O晶體．請回答：
（1）實驗室制備裝置圖中，向A中加入鹽酸的儀器是分液漏斗，燒杯中加入足量的H₂O₂溶液的作用是（用離子方程式表示）2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（2）為了測定廢鐵屑中鐵的質量分數，可使鐵完全與鹽酸反應，利用右邊裝置測定生成的氫氣的體積．則操作Ⅱ中“…”的內容是裝置A中不產生氣泡或量氣管和水準管液面不變．
（3）工業制備中反應爐中發生反應的化學方程式為2Fe+3Cl₂=2FeCl₃．吸收塔中用FeCL₂溶液做吸收劑吸收尾氣，反應的離子方程式2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺．
（4）工業制備過程中，從三氯化鐵溶液獲得FeCL₃.6H₂O的操作是加入稀鹽酸后蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾．
（5）FeCl₃的質量分數通常可用碘量法測定：稱取m g無水氯化鐵樣品，溶于稀鹽酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍過量的KI溶液，充分反應后，滴入幾滴淀粉溶液，并用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗V mL．[已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-，M（FeCL₃）=162.5g/mol）]
①配制溶液時需要的儀器有天平（帶砝碼）、藥匙、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、100mL的容量瓶．
②樣品中氯化鐵的質量分數$\frac{162.5cV}{m}$%．

Answer 1

分析 （1）根據裝置圖可知，向A中加入鹽酸的儀器是分液漏斗，根據實驗裝置和操作步驟可知，實驗室制備無水FeCl₃，是利用鐵與鹽酸反應生成FeCl₂，然后把FeCl₂氧化成FeCl₃，先制得FeCl₃•6H₂O晶體，再脫結晶水制得無水FeCl₃．燒杯中足量的H₂O₂溶液是作氧化劑，把亞鐵離子全部氧化成三價鐵離子；
（2）鐵與鹽酸反應完全時，不再產生氫氣，所以裝置A中不產生氣泡或量氣管和水準管的液面不再變化，此時，可將A中FeCl₂溶液放入燒杯中進行氧化．
（3）從工業制備流程圖分析可知，反應爐中進行的反應是 2Fe+3Cl₂=2FeCl₃，因此，進入吸收塔中的尾氣是沒有參加反應的氯氣，在吸收塔中氯氣被吸收劑吸收，反應后生成FeCl₃溶液，所以吸收劑應是FeCl₂溶液；
（4）從FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶體的操作步驟是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
 （5）①配制100mL溶液時需要的儀器有天平（帶砝碼）、藥匙、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、100mL的容量瓶；
②根據2Fe³⁺+2I ^-=2Fe²⁺+I₂；  I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；可得關系式：2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，根據Na₂S₂O₃的物質的量求得氯化鐵的質量，進而求樣品中氯化鐵的質量分數．

解答 解：（1）根據裝置圖可知，向A中加入鹽酸的儀器是分液漏斗，根據實驗裝置和操作步驟可知，實驗室制備無水FeCl₃，是利用鐵與鹽酸反應生成FeCl₂，然后把FeCl₂氧化成FeCl₃，先制得FeCl₃•6H₂O晶體，再脫結晶水制得無水FeCl₃．燒杯中足量的H₂O₂溶液是作氧化劑，把亞鐵離子全部氧化成三價鐵離子，離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：分液漏斗；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）鐵與鹽酸反應完全時，不再產生氫氣，所以裝置A中不產生氣泡或量氣管和水準管的液面不再變化，此時，可將A中FeCl₂溶液放入燒杯中進行氧化；
故答案為：裝置A中不產生氣泡或量氣管和水準管液面不變（其他合理答案也給分）；
（3）從工業制備流程圖分析可知，反應爐中進行的反應是 2Fe+3Cl₂=2FeCl₃，因此，進入吸收塔中的尾氣是沒有參加反應的氯氣，在吸收塔中氯氣被吸收劑吸收，反應后生成FeCl₃溶液，所以吸收劑應是FeCl₂溶液，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺；
故答案為：2Fe+3Cl₂=2FeCl₃；2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺；
（4）從FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶體的操作步驟是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
 （5）①配制100mL溶液時需要的儀器有天平（帶砝碼）、藥匙、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、100mL的容量瓶，
故答案為：100mL的容量瓶；
②求樣品中氯化鐵的質量分數
由反應：2Fe³⁺+2I ^-=2Fe²⁺+I₂；  I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；可得關系式：
2Fe³⁺-I₂-2S₂O₃^2-
1        1
n        cV×10^-3
求得n（Fe³⁺）=cV×10^-3mol，則樣品中氯化鐵的質量分數為：
ω（Fe³⁺）=cV×10^-3mol×10×162.5g/mol×100%=$\frac{162.5cV}{m}$%；
故答案為：$\frac{162.5cV}{m}$%．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、物質的分離提純等基本操作、氧化還原反應滴定應用、溶度積有關計算等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．