Question

4．鋁熱反應(yīng)是鋁的一個(gè)重要性質(zhì)．某校化學(xué)興趣小組同學(xué)，取磁性氧化鐵在如圖1實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，冷卻后得到“鐵塊”混合物．

（1）取反應(yīng)后的“鐵塊”研碎取樣稱量，加入如圖2裝置滴入足量NaOH溶液充分反應(yīng)，測(cè)量生成氣體體積．試回答下列問(wèn)題：
①該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵簻y(cè)量樣品中鋁的百分含量（填物質(zhì)名稱）．
②量氣管的量具部分是一個(gè)中學(xué)實(shí)驗(yàn)常見量具改裝而成，該儀器的名稱為堿式滴定管．
③量氣管在讀數(shù)時(shí)調(diào)節(jié)左右管液面相平之前的步驟是恢復(fù)到室溫．
④裝置中使用帶平衡管的滴液漏斗代替普通分液漏斗，除了可以平衡壓強(qiáng)讓液體順利滴入錐形瓶之外還可以起到降低實(shí)驗(yàn)誤差的作用．如果裝置使用分液漏斗，測(cè)量出的該物質(zhì)百分含量將會(huì)偏大（填“偏大”或“偏小”）．
（2）另稱取“鐵塊”樣品溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液沒(méi)有出現(xiàn)血紅色．為測(cè)定該實(shí)驗(yàn)所得“鐵塊”的成分，實(shí)驗(yàn)流程如圖所示．

幾種氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示．

	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+
開始沉淀時(shí)的pH	7.5	2.8	4.2	9.6
沉淀完全時(shí)的pH	9.0	4.0	5	11

①試劑A應(yīng)選擇C，試劑B應(yīng)選擇D．（填序號(hào)）
A．稀鹽酸  B．氧化鐵  C．H₂O₂溶液  D．氨水  E．MgCO₃固體
②灼燒完全的標(biāo)志是前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g．
③若最終紅色粉未M的質(zhì)量為12.0g，則該“鐵塊”中鐵的百分含量是84%．

Answer 1

分析 （1）①取反應(yīng)后的“鐵塊”研碎取樣稱量，加入如圖2裝置滴入足量NaOH溶液充分反應(yīng)，測(cè)量生成氣體體積，可以計(jì)算得到反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量，得到鐵塊中鋁的含量；
②量氣管的量具部分底部是連接橡膠管，結(jié)合實(shí)驗(yàn)量具可知是堿式滴定管的部分結(jié)構(gòu)；
③對(duì)量氣管讀數(shù)時(shí)，首先等實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)到室溫再進(jìn)行下一步操作，然后調(diào)節(jié)量氣管使左右液面相平，最后讀數(shù)時(shí)視線與凹液面最低處相平；
④裝置使用分液漏斗，隨液體流下錐形瓶中壓強(qiáng)增大，在排液過(guò)程中會(huì)排出的液體增多，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高；
（2）①根據(jù)題意可知，本實(shí)驗(yàn)要定量檢測(cè)所得“鐵塊”的成分，故要通過(guò)實(shí)驗(yàn)流程，將鐵元素完全沉淀；而根據(jù)表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁和鎂不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，然后沉淀．
②灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g；
③根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了最終紅色粉未M中，根據(jù)鐵原子的守恒來(lái)計(jì)算；如果對(duì)所得過(guò)濾固體直接洗滌、烘干、稱量，計(jì)算“鐵塊”的純度．

解答 解：（1）①取磁性氧化鐵在如圖1實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，冷卻后得到“鐵塊”混合物，取反應(yīng)后的“鐵塊”研碎取樣稱量，加入如圖2裝置滴入足量NaOH溶液充分反應(yīng)，測(cè)量生成氣體體積，可以計(jì)算得到反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量，得到鐵塊中鋁的含量，該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵簻y(cè)量樣品中鋁的含量；
故答案為：鋁；
②量氣管的量具部分底部是連接橡膠管，結(jié)合實(shí)驗(yàn)量具可知是堿式滴定管的部分結(jié)構(gòu)，所以該儀器的名稱為堿式滴定管，故答案為：堿式滴定管；
③根據(jù)PV=nRT，為保證測(cè)出來(lái)的氣體體積是當(dāng)時(shí)大氣壓下的體積，在讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意：①將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)到室溫，②使量氣管兩端液面相平，因?yàn)橄嗥秸f(shuō)明兩邊液面上的壓強(qiáng)是一樣的，這樣測(cè)出來(lái)的氣體體積才是當(dāng)時(shí)大氣壓下的體積，③視線與凹液面最低處相平，俯視或仰視會(huì)造成誤差，量氣管在讀數(shù)時(shí)調(diào)節(jié)左右管液面相平之前的步驟是恢復(fù)到室溫； 
故答案為：恢復(fù)到室溫；
④滴液漏斗可以平衡壓強(qiáng)讓液體順利滴入錐形瓶之外還可以起到降低實(shí)驗(yàn)誤差的作用，如果裝置使用分液漏斗，隨液體流下錐形瓶中壓強(qiáng)增大，錐形瓶中排出液體增多，測(cè)量出的該物質(zhì)百分含量將會(huì)偏大，
故答案為：偏大；
（3）①根據(jù)表格可知，要使鐵元素完全沉淀而鋁離子和鎂離子不沉淀，需將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，故需要加入H₂O₂；然后調(diào)節(jié)4≤pH＜4.2即可將Fe³⁺沉淀而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀，調(diào)節(jié)pH選用的試劑不能用氧化鐵，因?yàn)闀?huì)引起紅色粉未M的質(zhì)量偏大；也不能用MgCO₃固體，因?yàn)镸gCO₃固體過(guò)量時(shí)會(huì)引起所得固體M則質(zhì)量偏大，故應(yīng)選用氨水，故答案為：C；D；
②灼燒完全的標(biāo)志是物質(zhì)前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g，故答案為：前后兩次灼燒質(zhì)量相差不大于0.1g；   
③最終紅色粉未M為Fe₂O₃，根據(jù)10.0g的鐵塊中的鐵元素最終全到了12.0gFe₂O₃中，故鐵原子的質(zhì)量為：m（Fe）=$\frac{12.0g}{160g/mol}$×2×56gmol=8.4g，故該“鐵塊”的純度=$\frac{8.4g}{10.0g}$×100%=84%，故答案為：84%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查了鋁熱反應(yīng)以及亞鐵離子向三價(jià)鐵離子的轉(zhuǎn)化以及離子的沉淀，主要是實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷，含量的計(jì)算適用于，綜合性較強(qiáng)，難度較大．