Question

7．聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型高效的無機高分子絮凝劑，廣泛用于水的處理．現用一定質量的鐵的氧化物（如圖）為原料來制取聚合硫酸鐵，為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe ²⁺．實驗步驟如下：

（1）實驗室用18.4mol•L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需250mL容量瓶、膠頭滴管．
（2）在步驟（1）配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液過程中，下列操作會使配置的溶液的濃度偏高的是BC
A．用量筒量取濃硫酸時，俯視讀數
B．把量筒中的濃硫酸轉移到燒杯中稀釋后，用少量蒸餾水洗滌一下量筒內壁，同時把洗滌液也轉移到燒杯中
C．稀釋后的硫酸溶液及時用玻璃棒引流轉移到容量瓶中
D．移夜時容量瓶內壁未干燥，殘留有水
（3）寫出步驟Ⅳ中用NaClO₃氧化時的離子方程式6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O（提示：ClO₃^-轉化為Cl^-）；已知1mol HNO₃的價格為0.16元，1mol NaClO₃的價格為0.45元，評價用HNO3代替NaClO₃作為氧化劑的利弊，利是原料成本較低，弊是產生氣體對大氣有污染．
（4）為了分析產品聚合硫酸鐵溶液中SO₄^2-與Fe³⁺ 物質的量之比，有人設計了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量的BaCl₂溶液，產生白色沉淀，白色沉淀經過過濾、洗滌、干燥后，稱重，其質量為m g．
（b）另取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量銅粉，充分反應后過濾、洗滌，將濾液和洗液合并配成250mL溶液，取該溶液25.00mL，用KMnO₄酸性溶液滴定，到達終點時用去0.1000mol/L KMnO₄標準溶液VmL．反應的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
回答下列問題：
①判斷（a）步驟溶液中SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全_；
②在（b）步驟中判斷達到終點的現象是溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色；
③聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質的量之比為$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$（用含m、V的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據配制一定量分數溶液的步驟：計算、稱量、溶解，確定所用的儀器；
（2）滴定過程中產生的誤差依據滴定原理就是式分析，c（待測）=$\frac{c（標準）V（標準）}{V（待測）}$，把產生的誤差全部歸納為標準溶液消耗的體積判斷產生的誤差；
（3）根據氧化還原反應中化合價升降相等以及電荷守恒、質量守恒來解答，從環保和成本方面考慮；
（4）①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達到終點時高錳酸鉀過量，溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色；
③分別求出聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質的量（用含m、V的代數式表示）．

解答 解：（1）配制一定量分數硫酸溶液需要的儀器有：膠頭滴管、量筒、玻璃棒、燒杯．
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）因滴定過程中產生的誤差依據滴定原理就是式分析，c（待測）=$\frac{c（標準）V（標準）}{V（待測）}$，
A．用量筒量取濃硫酸時，俯視讀數，量取的濃硫酸體積減小，配制得到的溶液濃度減小，故A錯誤；
B．把量筒中的濃硫酸轉移到燒杯中稀釋后，用少量蒸餾水洗滌一下量筒內壁，同時把洗滌液也轉移到燒杯中，避免了溶質的損失，故B正確；
C．稀釋后的硫酸溶液及時用玻璃棒引流轉移到容量瓶中，硫酸溶解放熱形成的熱溶液未經冷卻，會導致溶液體積增大，冷卻到常溫下容量瓶中 溶液體積未達到刻度，溶液濃度增大，故C正確；
D．移液時容量瓶內壁未干燥，殘留有水，對測定結果無影響，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）Fe²⁺由+2價升高到+3價，ClO₃^-中Cl的化合價從+5價降低到-1價，得6Fe²⁺+ClO₃^-+H⁺--6Fe³⁺+Cl^-，由電荷守恒、質量守恒得：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，從環保和成本方面考慮利是原料成本較低，弊是產生氣體對大氣有污染．
故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； 原料成本較低；產生氣體對大氣有污染；
（4））①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全，
故答案為：取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達到終點時高錳酸鉀過量，溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色，
故答案為：溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色  
③25mL溶液中含聚合硫酸鐵中SO₄^2-的物質的量為：$\frac{m}{233}$mol，
設Fe³⁺的物質的量為x：
         5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
                1        5
  0.1mol/L×0.001VL     $\frac{x}{10}$
解得x=$\frac{V}{200}$mol，
聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質的量之比為$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$，
故答案為：$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$．

點評 本題以鐵及其化合物為載體，以流程圖形式考查了氧化還原反應知識、元素化合物的知識，注意風險過程和實驗基本操作的分析，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．