Question

5．工業上常通過高溫分解FeSO₄的方法制備Fe₂O₃，為檢驗FeSO₄高溫分解的產物，并進行有關探究實驗，回答下列問題：
實驗一：高溫分解FeSO₄，利用如圖1所示的實驗裝置進行實驗．

已知：①SO₂熔點為-72℃，沸點為-10℃②SO₃熔點為-16.8℃，沸點為44.8℃
（1）連接裝置，檢驗氣密性良好，放入藥品，通入一段時間N₂然后加熱，通入N₂的目的是排除裝置中的空氣
（2）隔絕空氣加熱至650℃，看到B中有白色沉淀，D試管中有無色液體，硬質玻璃管中的固體變為紅棕色，同時有兩種無色氣體生成，寫出該反應的化學方程式2FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑
（3）反應完畢后，停止加熱冷卻后，取硬質玻璃管中固體，加鹽酸，反應的離子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，將反應后所得溶液滴入D試管中，溶液變為淺綠色，該反應的離子方程式是2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺
（4）有人認為該實驗裝置存在一定的缺陷，再增加一個裝置即可彌補該缺陷，請指出添加的儀器位置及藥品在最后加一個盛堿石灰的干燥管或NaOH溶液．
實驗二 探究高溫分解 FeSO₄生成的氣體
（5）用如圖2所示裝置設計實驗，驗證高溫分解FeSO₄生成的氣態物質
①按氣流方向連接各儀器，用字母表示接口的連接順序：c-a-b-f-g-d
②試劑X的名稱是品紅溶液
③充分反應后，利用裝置 III中圓底燒瓶內混合物測定已分解的FeSO₄ 的質量，向圓底燒瓶中逐漸滴入氯化鋇溶液，直到沉淀完全；然后過濾混合物，在過濾器上將沉淀洗凈后，烘干并冷卻至室溫，稱重．若最終得到沉淀的質量為Wg，則已分解的FeSO₄的質量$\frac{304W}{233}$g．

Answer 1

分析 （1）通入N₂的目的是排除裝置中的空氣；
（2）根據題意同時有兩種無色氣體生成，B中有白色沉淀，則兩種氣體可能為二氧化硫和三氧化硫，根據化合價的改變，則還有Fe₂O₃；
（3）Fe₂O₃與鹽酸反應的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；將反應后所得溶液滴入D試管中，溶液鐵離子被還原為變為淺綠色的亞鐵離子，二氧化硫被氧化為硫酸根離子；
（4）考慮D裝置連接空氣，該反應需要排除空氣中二氧化碳和水與D中二氧化硫反應；
（5）①A裝置為FeSO₄在高溫下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的裝置，三氧化硫易和水反應生成硫酸，三氧化硫熔點高，故先用冰水混合物使三氧化硫液化，即c和a相連，檢驗二氧化硫用品紅溶液，故D中裝有品紅溶液，即b和f相連，二氧化硫有毒，會污染空氣，故用氫氧化鈉溶液吸收，即g和d相連；
②用品紅檢驗SO₂氣體；
③裝置Ⅲ中圓底燒瓶內是三氧化硫，加入氯化鋇全部反應生成硫酸鋇沉淀，根據沉淀質量計算物質的量，結合化學方程式計算分解的硫酸亞鐵質量．

解答 解：（1）通入N₂的目的是排除裝置中的空氣，故答案為：排除裝置中的空氣；
（2）B中有白色沉淀，可能為硫酸鋇或者亞硫酸鋇，有兩種無色氣體生成，則應為為二氧化硫和三氧化硫，硫元素化合價降低，則鐵元素化合價升高為三氧化二鐵，紅棕色；
故答案為：紅棕色；2FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（3）Fe₂O₃與鹽酸反應的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；將反應后所得溶液滴入D試管中，溶液鐵離子被還原為變為淺綠色的亞鐵離子，二氧化硫被氧化為硫酸根離子，該反應的離子方程式是2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）最后的D裝置連接了空氣，需排除空氣，再D后加一個吸收二氧化碳和水的裝置，以防與D中的二氧化硫反應；
故答案為：在最后加一個盛堿石灰的干燥管或NaOH溶液；
（5）①A裝置為FeSO₄在高溫下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的裝置，三氧化硫易和水反應生成硫酸，三氧化硫熔點高，故先用冰水混合物使三氧化硫液化，即c和a相連，檢驗二氧化硫用品紅溶液，故D中裝有品紅溶液，即b和f相連，二氧化硫有毒，會污染空氣，故用氫氧化鈉溶液吸收，即g和d相連；
故答案為：a-b-f-g-d；
  ②SO₂氣體具有漂白性，可使品紅溶液褪色，故D裝置中裝有品紅溶液，檢驗二氧化硫的生成；
故答案為：品紅溶液；
③第一步：向圓底燒瓶中逐滴加入氯化鋇溶液，直至沉淀完全；第二步：過濾混合物，在過濾器上將沉淀洗凈后，烘干并冷卻至室溫，稱重．第三步：繼續烘干、冷卻并稱量直至連續兩次稱量的質量差不超過0.1g為止．若最終得到沉淀的質量為W g，沉淀為硫酸鋇，依據硫元素守恒結合化學方程式定量關系可知，
2FeSO₄～SO₃～BaSO₄
2             1
n（FeSO₄）   $\frac{wg}{233g/mol}$
已分解的硫酸亞鐵質量為$\frac{wg}{233g/mol}$×2×152g/mol=$\frac{304w}{233}$g；
故答案為：$\frac{304W}{233}$．

點評 本題考查物質的分離和檢驗，做題時要抓住題給信息，充分把握物質的性質，這是解答元素化合物知識的關鍵之處，本題有一定難度．