Question

13．氧化鐵是重要的工藝顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：回答下列問題：

（1）①加碳酸鈉溶液并小火加熱的操作目的是去除油污；
②操作Ⅰ的名稱是過濾，操作Ⅱ的名稱是洗滌；
（2）①流程所發(fā)生的反應為FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）2SO₄+CO₂↑+H₂O過程中，加入稍過量的NH₄HCO₃溶液后，且要控制溶液的為6.8～7.2之間．加入稍過量的目的是使溶液中亞鐵離子完全轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀，溶液的pH不能過低的原因是碳酸氫銨能與酸反應，碳酸亞鐵沉淀減少．
②檢驗濾液B中含有NH₄⁺的方法是取少許B溶液于試管中，加入足量濃氫氧化鈉溶液，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，證明濾液B中含有銨根離子．
（3）有些同學認為KMnO₄溶液滴定能進行鐵元素含量的測定．
a、稱取2.85g綠礬（FeSO₄•7H₂O）產(chǎn)品，配成250mL溶液；
b、量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；
c、用硫酸化的0.0100mol/L KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00mL．
①寫出酸性KMnO₄溶液與FeSO₄溶液反應的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Fe³⁺+2Mn²⁺+4H₂O．
②用KMnO₄標準溶液滴定時應選用酸式滴定管（填“酸式”或“堿式”）．
③計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為97.54%[已知M（FeSO₄•7H₂O）=278g/mol]．

Answer 1

分析 碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過過濾分離得到濾液A，濾液A中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀，再通過過濾分離濾液B與FeCO₃，濾液B中含有硫酸銨，F(xiàn)eCO₃表面附著雜質(zhì)，在干燥前應先洗滌除去雜質(zhì)，在空氣中煅燒分解，且+2價鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價，最終得到Fe₂O₃．
（1）①碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污；
②操作I后得到濾渣和濾液，應為過濾；沉淀干燥前應先洗滌除去雜質(zhì)；
（2）①加入少過量的碳酸氫銨，使溶液中亞鐵離子完全轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀；pH過低，碳酸氫銨能與酸反應，碳酸亞鐵沉淀減少；
②利用銨根離子與堿反應生成氨氣，氨氣能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍；
（3）①高錳酸根具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時有水生成；
②高錳酸鉀溶液具有強氧化性，可以腐蝕橡皮管，應盛放在酸式滴定管中；
③根據(jù)n=cV計算25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，進而計算250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再根據(jù)①中離子方程式計算亞鐵離子的物質(zhì)的量，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量，進而計算其質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：碳酸鈉溶液顯堿性，可以除去鐵屑表面的油污，用稀硫酸溶解鐵，再通過過濾分離得到濾液A，濾液A中加入碳酸氫銨，將溶液中亞鐵離子轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀，再通過過濾分離濾液B與FeCO₃，濾液B中含有硫酸銨，F(xiàn)eCO₃表面附著雜質(zhì)，在干燥前應先洗滌除去雜質(zhì)，在空氣中煅燒分解，且+2價鐵在空氣中加熱易被氧化為+3價，最終得到Fe₂O₃．
（1）①碳酸鈉溶液顯堿性，促進酯的水解，可以除去鐵屑表面的油污，故答案為：去除油污；
②操作I分離互不相溶的固體與液體，采取過濾；碳酸亞鐵表面附著雜質(zhì)，沉淀干燥前應先洗滌除去雜質(zhì)，故答案為：過濾；洗滌；
（2）①加入少過量的碳酸氫銨，使溶液中亞鐵離子完全轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀；pH過低，碳酸氫銨能與酸反應，碳酸亞鐵沉淀減少，
故答案為：使溶液中亞鐵離子完全轉(zhuǎn)化為FeCO₃沉淀；碳酸氫銨能與酸反應，碳酸亞鐵沉淀減少；
②檢驗銨根離子的實驗方法為：取少許B溶液于試管中，加入足量濃氫氧化鈉溶液，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，證明濾液B中含有銨根離子，
故答案為：取少許B溶液于試管中，加入足量濃氫氧化鈉溶液，加熱，產(chǎn)生能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體，證明濾液B中含有銨根離子；
（3）①高錳酸根具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，酸性條件下，高錳酸根將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原為錳離子，同時有水生成，反應離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②高錳酸鉀溶液具有強氧化性，可以腐蝕橡皮管，且為硫酸酸化，應盛放在酸式滴定管中，故答案為：酸式；
③25mL樣品溶液消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.02L×0.0100mol/L=2×10^-4mol，可知250mL溶液可以消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為2×10^-4mol×$\frac{250mL}{25mL}$=2×10^-3mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知250mL溶液中亞鐵離子離子的物質(zhì)的量為2×10^-3mol×5=0.01mol，由Fe元素守恒可得FeSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為0.01mol，故FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案為：97.54%．

點評 本題考查化學工藝流程，注意分析試劑線、操作線、反應線，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．