Question

7．鐵礦石是工業煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（設雜質中不含鐵元素和氧元素，且雜質不與H₂SO₄反應）．某研究性學習小組對某鐵礦石中鐵的氧化物的化學式進行探究．

（1）Ⅰ．鐵礦石中含氧量的測定
①按上圖組裝儀器，檢查裝置的氣密性；
②將5.0 g鐵礦石放入硬質玻璃管中，裝置B、C中的藥品如圖所示（夾持儀器均省略）；
③從左端導氣管口處不斷地緩緩通入H₂，待C裝置出口處H₂驗純后，點燃A處酒精燈
④充分反應后，撤掉酒精燈，再持續通入氫氣至完全冷卻．
（1）裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和CO₂進入B中，影響測定結果．
（2）測的反應后裝置B增重1.35 g，則鐵礦石中氧的百分含量為24%．
Ⅱ．鐵礦石中含鐵量的測定

（1）步驟④中煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過量的Cl₂．
（2）步驟⑤中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶．
（3）下列有關步驟⑥的操作中說法正確的是df．
a．因為碘水為黃色，所以滴定過程中不需加指示劑
b．滴定過程中可利用淀粉溶液作為指示劑
c．滴定管用蒸餾水洗滌后可以直接裝液
d．錐形瓶不需要用待測液潤洗
e．滴定過程中，眼睛注視滴定管中液面變化
f．滴定結束后，30s內溶液不恢復原來的顏色再讀數
（4）若滴定過程中消耗0.5000mol?L^-1KI溶液20.00mL，則鐵礦石中鐵的百分含量為70%．
Ⅲ．由Ⅰ、Ⅱ可以推算出該鐵礦石中鐵的氧化物的化學式為Fe₅O₆．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）B中的堿石灰是吸收置換反應生成的水的，為了防止空氣成分對實驗的影響，要加一個裝置吸收空氣中的水以及二氧化碳；
（2）反應后裝置B增重1.35g，即氫氣和氧化鐵反應后固體質量的增加值，可以根據差量法來計算；
Ⅱ．（1）煮沸可以將水中的氣體趕走；
（2）根據稀釋液體和配制一定體積的溶液所選擇的儀器來回答；
（3）根據滴定試驗以及滴定過程中的實驗誤差分析知識來回答判斷；
（4）根據元素守恒和化學反應方程式進行計算；
Ⅲ．根據鐵元素質量分數和氧元素質量分數計算出鐵的氧化物的化學式．

解答 解：Ⅰ．（1）該實驗中，氫氣和氧化鐵反應生成金屬鐵和水，根據固體質量的變化來計算鐵的含量，B處的干燥管作用是吸收產生的水蒸氣，所以C裝置要防止防止空氣中的水蒸氣和CO₂進入B中，影響測定結果，
故答案為：防止空氣中的水蒸氣和CO₂進入B中，影響測定結果；
（2）測的反應后裝置B增重1.35g，根據反應的實質，增加的是水的質量，根據質量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：$\frac{\frac{1.35}{18}×16}{5.0}$×100%=24%，
故答案為：24%；
Ⅱ．（1）向鐵礦石中加入硫酸，化反應生成硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸溶液，加入過量的氯氣，煮沸后可以降低氯氣的溶解度，趕走溶液中溶解的過量的Cl₂，
故答案為：趕走溶液中溶解的過量的Cl₂；
（2）將原溶液稀釋到250mL，需要使用的玻璃儀器儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，還缺少250mL容量瓶，
故答案為：250mL容量瓶；
（3）a．碘水為黃色，三價鐵離子也是黃色溶液，滴定過程中需加指示劑，故a錯誤；
b．滴定過程中，三價鐵可以和碘離子發生反應生成亞鐵離子和碘單質，碘單質遇到淀粉溶液顯示藍色，不能確定是否達到滴定終點，故b錯誤；
c．滴定管用蒸餾水洗滌后必須用標準液潤洗，故c錯誤；
d．錐形瓶不需要用待測液潤洗，故d正確；
e．滴定過程中，眼睛注視錐形瓶中顏色的變化，故e錯誤；
f．滴定結束后，30s內溶液不恢復原來的顏色再讀數，故f正確．
故答案為：df；
（4）根據反應的方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂可知，消耗的碘離子與鐵離子物質的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI），即：0.4000mol•L^-1×0.025L=c（Fe³⁺）×0.02L，解得c（Fe³⁺）=0.5mol•L^-1，所以鐵元素的百分含量為：$\frac{0.5mol/L×0.25L×56g/mol}{10g}$×100%=70%，
故答案為：70%；
Ⅲ．鐵的質量分數是70%，氧元素的質量分數是24%，所以100g鐵礦石中，鐵元素的質量是70g，氧元素質量是24g，鐵元素和氧元素的物質的量比為：$\frac{70}{56}$：$\frac{24}{16}$=5：6，鐵的氧化物的化學式為：Fe₅O₆，
故答案為：Fe₅O₆ ．

點評 本題考查了探究鐵礦石中氧元素和鐵元素的含量的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生規范嚴謹的實驗設計、操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，全面細致的思考才能得出正確的結論．