Question

3．醫療上綠礬（FeSO₄•7H₂O）是治療缺鐵性貧血的特效藥．某化學興趣小組對綠礬進行了如下的探究：
Ⅰ．[制備產品]
該小組由廢鐵屑（含少量氧化銅、氧化鐵等雜質），用如圖所示裝置制備FeSO₄•7H₂O晶體，步驟如下：
（1）預處理：先將廢鐵屑加入到飽和Na₂CO₃溶液中洗滌，目的是洗去鐵屑表面的油污，然后將廢鐵屑用水洗滌2～3遍．
（2）將洗滌后的廢鐵屑加入到圓底燒瓶中，并持續通入N₂，N₂的作用是排除裝置中的空氣或氧氣．
（3）再加入足量稀硫酸，控制溫度50℃～80℃之間，充分反應后，圓底燒瓶中剩余的固體為Cu．
（4）獲取產品：先向步驟（3）中反應后的混合物中加入少許蒸餾水，趁熱過濾，冷卻；結晶．濾出晶體，用少量冰水洗滌2～3次，再用濾紙將晶體吸干，密閉保存．
Ⅱ．[測定FeSO₄•7H₂O含量]
（1）稱取上述樣品10.0g，溶于適量的稀硫酸中，配成100mL溶液，需要的儀器除天平、玻璃棒、燒杯、量筒外，還需要的儀器有（填儀器名稱）100mL 容量瓶、膠頭滴管．
（2）準確量取25mL該液體于錐形瓶中，用0.1000mol/L KMnO₄標準溶液滴定，則滴定終點的判斷方法是當最后一滴標準液滴入時，溶液變為紫紅色，且30s保持不變．
（3）用同樣的方法滴定3次，平均消耗10.00mL標準液，該樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為55.6%．（已知Mr（FeSO₄•7H₂O）=278）．
（4）若測量結果偏小，則可能是在定容時仰視（填“俯視”或“仰視”）讀數．

Answer 1

分析 I．氧化銅、氧化鐵與硫酸反應生成硫酸銅和硫酸鐵，鐵單質與硫酸銅和硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵和銅單質．
（1）碳酸鈉的水溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污；
（2）FeSO₄易被氧氣氧化；
（3）氧化銅、氧化鐵與硫酸反應生成硫酸銅和硫酸鐵，鐵單質與硫酸銅和硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵和銅單質；
（4）過濾，冷卻結晶可得FeSO₄•7H₂O晶體；
II．（1）根據配制溶液的步驟以及每步操作需要儀器確定反應所需儀器；
（2）可利用KMnO₄溶液自身的顏色作為指示劑判斷滴定終點；
（3）Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價升高1價；MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素降低5價，化合價升降最小公倍數為5，根據關系式5Fe²⁺～MnO₄^-，計算25mL該液體中Fe²⁺的物質的量，進而計算樣品中FeSO₄•7H₂O的質量，再根據質量分數定義計算；
（4）定容時仰視讀取標準溶液體積偏大．

解答 解：I．（1）碳酸鈉的水溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，故答案為：洗去鐵屑表面的油污；
（2）FeSO₄易被氧氣氧化，持續通入N₂排除裝置中的空氣或氧氣，故答案為：排除裝置中的空氣或氧氣；
（3）氧化銅、氧化鐵與硫酸反應生成硫酸銅和硫酸鐵，鐵單質與硫酸銅和硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵和銅單質，故答案為：Cu；
（4）洗滌、過濾、冷卻結晶可得FeSO₄•7H₂O晶體，故答案為：冷卻；結晶；
II．（1）步驟為：計算→稱量→溶液→轉移→洗滌→定容→搖勻→裝瓶→貼簽，需要使用的儀器有：100mL 容量瓶，托盤天平、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管，量筒可用可不用，
故答案為：100mL 容量瓶；膠頭滴管；
（2）可利用KMnO₄溶液自身的顏色作為指示劑判斷滴定終點時，再滴加KMnO₄溶液時，溶液將由無色變為紫紅色，
故答案為：當最后一滴標準液滴入時，溶液變為紫紅色，且30s保持不變；
（3）測定樣品中Fe²⁺的含量，采用在酸性條件下KMnO₄標準液滴定，Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價升高1價；MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素降低5價，化合價升降最小公倍數為5，故Fe²⁺系數為5，MnO₄^- 系數為1，根據元素守恒可知Mn²⁺與Fe³⁺系數分別為1、5，根據電荷守恒可知缺項為H⁺，H⁺其系數為2+3×5-[2×5-1]=8，根據H元素守恒可知H₂O系數是4，所以反應離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
令Fe²⁺的物質的量為xmol，則：
5Fe²⁺～～～～～～MnO₄^-，
5               1
xmol         0.01L×0.1mol/L
所以x=$\frac{0.01×0.1mol/L×5}{1}$=0.005mol，
所以樣品中FeSO₄•7H₂O的質量0.005mol×4×278g/mol=5.56g，所以4g產品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為$\frac{5.56g}{10g}$×100%=55.6%，
故答案為：55.6%；
（4）定容時仰視體積偏大，濃度偏小，故答案為：仰視．

點評 本題考查物質的制備與含量的測定，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析能力、實驗能力的考查，題目難度中等．