Question

铁氧体是一类磁性材料，通式为MO· xFe₂O₃（M为二价金属离子）。
根据题意完成：
（1）为了制备铁氧体，称取5.6g铁粉、一定量的FeCl₃(s) 作为原料，先制备Fe₃O₄。方法如下：用稀硫酸溶解铁粉，加入FeCl₃(s)，经过一系列反应得到纯净的Fe₃O₄ [ 已知1molFe(OH)₂与2molFe(OH)₃混合灼烧可得到1mol Fe₃O₄ ]。需要加入FeCl₃(s)               g。
（2）如果以MgSO₄(s)和FeCl₃(s)为原料制备9.0 g MgO· 2Fe₂O₃，在制取过程中至少需要1 mol/L的NaOH(aq)
                 mL。
（3）在一次制备Fe₃O₄的实验中，由于反应物比例控制不当，获得了另一种产品。取a克该产品溶于100mL盐酸（足量）中，需要通入672 mL（标准状况）Cl₂才能把溶液中的Fe²⁺ 全部氧化为Fe³⁺，然后蒸干所得溶液，灼烧至恒重，得9.6 g固体。计算：
①ag 该产品溶于盐酸后，溶液中Fe²⁺ 的物质的量浓度（溶液体积变化忽略不计）。
②推算该产品的化学式（写出推算过程）。
（4）有一种在电子工业广泛应用的含铬铁氧体，其组成可表示为：Fe²⁺ · Fe³⁺[ Fe³⁺_(1-x) · Cr³⁺_x · O₄]。向含有1.92 mol硝酸的某溶液中加入一定量的该种铁氧体，恰好完全反应后，收集到NO、NO₂的混合气体2.688 L（标准状况）。计算：（均需写出计算过程）
①参加反应的铁氧体的物质的量。
②所得气体中NO、NO₂的体积比。

Answer 1

（1）32.5 g（3分）
（2）350mL（2分，1分）
（3）①0.6 mol/L（1分×2）  ②2FeO · Fe₂O₃（1分×3）
（4）①0.2 mol（1分×2）   ②V(NO):V(NO₂)=1:2（1分×3）

解析试题分析：（1）按题中所给，1molFe（OH）₂与2molFe（OH）₃混合灼烧可得到1mol Fe₃O₄其中，Fe（OH）₂来自铁粉，Fe（OH）₃来自FeCl₃。为达到1：2的关系，需要氯化铁0.2mol，质量 32.5g。
（2） 9.0g的MgO 2Fe₂O₃ 共0.025mol，其中有0.025molMg²⁺、0.1molFe³⁺，需要NaOH 0.35mol ，即题中溶液350ml；
（3）①氯气的物质的量为=0.03mol，氯气氧化Fe²⁺为Fe³⁺，根据电子转移守恒可知Fe²⁺的物质的量为=0.06mol，故氧化物中+2价铁的物质的量为0.06mol，溶液中Fe²⁺ 的物质的量浓度0.6 mol/L；②最后所得为氯化铁溶液，蒸干溶液，灼烧至恒重，得9.6g固体为Fe₂O₃，Fe₂O₃的物质的量为=0.06mol，利用铁元素守恒可知氧化物中+3价铁的物质的量为0.06mol×2-0.06mol=0.06mol，故FeO与Fe₂O₃的物质的量之比为0.06mol：=2：1，该产品化学式为2FeO?Fe₂O₃，故答案为：2FeO?Fe₂O₃；（4）①根据题目的分子式，那其中的X只能取1，其他情况皆不符合，一个分子中不可能有半个铬离子，然后就可以得到分子式了，为Fe²⁺Fe³⁺[  Cr³⁺· O₄]。，可以看出，分子式中的铁元素数目为铬元素数目的2倍。然后，根据溶液电荷守恒定律，有3n(Fe³⁺)+3n(Cr³⁺)=n(NO₃^-)，根据氮元素守恒，拿硝酸的量减去溢出气体的量2.688/22.4即为溶液中氮元素的量，也即1.92-0.12=1.8mol，为溶液中硝酸跟的浓度，那么根据电荷守恒式和n(Fe³⁺)=2(Cr³⁺)，可以得到n(Cr³⁺)=0.2mol。一个铬铁氧体分子中分子中只有一个铬原子，他俩是一比一关系，那么消耗铬铁氧体的量就是0.2mol。
②这题的可以利用氧化还原知识来解，因为生成NO、NO₂的反应为二价铁离子和硝酸的反应，分别写出两个反应的离子反应方程式，然后设生成NO为Xmol，NO₂为ymol，根据生成气体总量，可知x+y=2.688/22.4=0.12，然后根据反应式的对应关系，根据二价铁（等于消耗铬铁氧体的量）的含量为3x+y=0.2，联立方程解出得x = 0.04  y = 0.08，则x：y-1：2，V(NO):V(NO₂)=1:2。
考点：本题以铁氧体磁性材料制备为载体，考查混合物的有关计算，难度中等，注意根据元素守恒与极限法进行解答。