Question

10．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
流程圖如圖：

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，關閉活塞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）燒杯中足量的H₂O₂溶液的作用是把亞鐵離子全部氧化成三價鐵離子．
（2）為了測定廢鐵屑中鐵的質量分數，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（其他合理答案也給分）．
（3）從FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶體的操作步驟是：加入鹽酸后、蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（4）試寫出吸收塔中反應的離子方程式：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（5）捕集器溫度超過673K時，存在相對分子質量為325的鐵的氯化物，該物質的分子式為Fe₂Cl₆．
（6）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^-1Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗VmL（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-）．
①滴定終點的現象是：溶液由藍色變無色，且半分鐘內不變色；
②樣品中氯化鐵的質量分數$\frac{162.5cV}{m}$%．

Answer 1

分析 （1）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．
（4）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2FeCl₃溶液，所以吸收劑應是2FeCl₂溶液，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（5）捕集器收集的是氣態FeCl₃，FeCl₃的相對分子質量是162.5，由相對分子質量為325的鐵的氯化物可以推出，當溫度超過673K時，二分子氣態FeCl₃可以聚合生成雙聚體Fe₂Cl₆；
（6）①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，此時溶液呈藍色，用 Na₂S₂O₃溶液滴定，滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，錐形瓶內的溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色．所以滴定終點的現象是：溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色．
②根據化學方程式求樣品中氯化鐵的質量分數．

解答 解：（1）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；
故答案為：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；
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：鹽酸；蒸發濃縮、冷卻結晶；
（4）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2FeCl₃溶液，所以吸收劑應是2FeCl₂溶液，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（5）捕集器收集的是氣態FeCl₃，FeCl₃的相對分子質量是162.5，由相對分子質量為325的鐵的氯化物可以推出，當溫度超過673K時，二分子氣態FeCl₃可以聚合生成雙聚體Fe₂Cl₆，
故答案為：Fe₂Cl₆；
（6）①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，此時溶液呈藍色，用 Na₂S₂O₃溶液滴定，滴入最后一滴Na₂S₂O₃溶液，錐形瓶內的溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色．所以滴定終點的現象是：溶液由藍色變為無色，且半分鐘內不變色，
故答案為：溶液由藍色變無色，且半分鐘內不變色；
②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．