Question

16．绿矾（FeSO₄•7H₂O）是抗贫血药物的主要成分，可用于缺铁性贫血的治疗．某校化学学习小组对绿矾展开了制备、定性和定量探究．请你帮助完成相应实验或问题．
  查阅资料：绿矾（相对分子质量为278）在300℃失去全部结晶水，FeSO₄在600℃以上发生分解．
Ⅰ．制备：
  取除去油脂的废铁屑（含少量的铁锈和碳）于一烧杯中，加入20～30%的稀硫酸溶液，在50℃～80℃水浴中加热至不再产生气泡．将溶液趁热过滤、冷却结晶、再次过滤、冰水洗涤、小心烘干，得到绿矾晶体．加入稀硫酸的实验中可能的反应有3个：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O和Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（写离子方程式）．
Ⅱ．定性探究：
  学习小组拟通过实验探究绿矾热分解的产物，提出如下4种猜想：R
甲：FeO、SO₂、H₂O  乙：Fe₂O₃、SO₃、H₂O  丙：Fe₂O₃、SO₂、H₂O  丁：Fe₂O₃、SO₂、SO₃、H₂O
（1）根据氧化还原反应原理，上述猜想乙肯定不成立．
（2）设计实验：针对其它三种猜想，设计如下图所示的实验装置（夹持仪器等均省略）：

（3）实验过程：
  ①连接仪器并检查装置的气密性，放入固体试剂，通N2排空气．
  ②称取绿矾晶体5.56g置于A中，加热到600℃以上．
  ③一段时间后，打开K通N₂，移开酒精灯，冷却A装置至室温、称量，测得剩余固体的质量为2.32g．
此步通N₂的主要目的是将分解产生的气体全部排出（任写一点）．
  ④观察到B装置中无水硫酸铜变蓝，C中锥形瓶内产生沉淀，D中品红溶液褪色．由此可以证明的产物有H₂O、SO₂、SO₃．
  ⑤取A中剩余固体少许于试管中，加入适量稀硫酸溶解，再滴入2滴KSCN溶液，溶液变红．
（4）问题探讨：某同学取A中剩余固体少许于一支试管中，加入适量硫酸溶解，再滴加少许KMnO₄溶液，发现KMnO₄溶液紫红色褪去，于是认为上述实验还有FeO生成．小组讨论后否定了该同学的观点，请说明理由5.56g样品完全分解产生Fe₂O₃为1.6g，实验剩余固体为2.32g，说明亚硫酸铁没有分解完或有剩余．
（5）实验结论：根据实验现象得出上述猜想丁正确．
Ⅲ．定量探究：
   该学习小组取ag抗贫血药物配成100mL溶液，取25.0mL于锥形瓶中，用bmol•L^-1K₂Cr₂O₇标准溶液滴定（已知该反应中Cr₂O₇^2-被还原为Cr³⁺，药物其它成分不与K₂Cr₂O₇反应），平均消耗K₂Cr₂O₇标准溶液vmL．则该抗贫血药中铁元素的质量分数为$\frac{1.344bv}{a}$×100%．（用含a、b和v的代数式表示）

Answer 1

分析 I．从溶液中提取绿矾经过趁热过滤，去除杂质，冷却结晶析出绿矾晶体，再过滤等操作；Fe与铁离子反应生成亚铁离子；
II．（1）依据氧化还原反应的特征化合价有升必有降来分析；
（3）③分解生成的气体充满装置，不能全部被排出；
④根据检验H₂O、SO₂、SO₃的方法分析；
（4）根据2FeSO₄•7H₂O～e₂O₃的关系式可以计算5.56g样品完全分解产生Fe₂O₃为1.6g，而实际剩余固体为2.32g，说明亚硫酸铁有剩余；
（5）根据实验可知分解产物为H₂O、SO₂、SO₃、Fe₂O₃；
III．滴定时发生的反应为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，根据消耗的K₂Cr₂O₇标准溶液的物质的量可以求出Fe²⁺的物质的量，再求出100mL溶液中Fe²⁺的物质的量和质量，然后求出质量分数．

解答 解：I．从溶液中提取绿矾经过趁热过滤，去除杂质，冷却结晶析出绿矾晶体，再过滤，冰水洗涤、小心烘干，得到绿矾晶体；Fe与铁离子反应生成亚铁离子，则发生的反应会有：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
故答案为：冷却结晶；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
II．（1）乙：Fe₂O₃、SO₃、H₂O，反应中化合价只有铁升高了，没有元素化合价的降低，不符合氧化还原反应规律，所以乙猜想肯定不成立；
故答案为：乙；
（3）③分解生成的气体充满装置，不能全部被排出，通入N₂可以将生成的气体产物全部排出，被后面的试剂完全吸收；
故答案为：将分解产生的气体全部排出；
④B装置中无水硫酸铜变蓝，说明有水生成，C中锥形瓶内产生沉淀，说明有SO₃，D中品红溶液褪色，说明有SO₂．由此可以证明的产物有 H₂O、SO₂、SO₃；
故答案为：H₂O、SO₂、SO₃；
（4）根据2FeSO₄•7H₂O～e₂O₃的关系式可以计算5.56g样品完全分解产生Fe₂O₃为1.6g，而实际剩余固体为2.32g，剩余的固体的质量偏大，说明亚硫酸铁没有完全分解有剩余，则剩余固体中含有二价铁，所以加入适量硫酸溶解，再滴加少许KMnO₄溶液，发现KMnO₄溶液紫红色褪去；
故答案为：5.56g样品完全分解产生Fe₂O₃为1.6g，实验剩余固体为2.32g，说明亚硫酸铁没有分解完或有剩余；
（5）根据实验可知分解产物为H₂O、SO₂、SO₃、Fe₂O₃，则丁的猜想正确；
故答案为：丁；
III．滴定时发生的反应为：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O，
n（Cr₂O₇^2-）=bmol•L^-1×v×10^-3L，则n（Fe²⁺）=6n（Cr₂O₇^2-）=6×bmol•L^-1×v×10^-3L，
所以100mL溶液中Fe²⁺的物质的量6×bmol•L^-1×v×10^-3L×$\frac{100mL}{25mL}$，
则该抗贫血药中铁元素的质量分数为$\frac{6×bmol•{L}^{-1}×v×1{0}^{-3}L×\frac{100mL}{25mL}×56g/mol}{ag}$×100%=$\frac{1.344bv}{a}$×100%；
故答案为：$\frac{1.344bv}{a}$×100%．

点评 本题考查了探究物质组成的方法，题目难度较大，试题涉及物质组成的测定、Fe及其化合物的性质、离子方程式、离子的检验方法等知识，试题知识点较多，综合性较强，充分考查了学生灵活应用基础知识的能力．