Question

【题目】某化学兴趣小组对Fe3O4产生了兴趣，从参考资料中找到了氧化沉淀法生产复印用高档Fe3O4粉的工艺流程简图：

【查阅资料】

资料一：硫酸亚铁在不同温度下的溶解度如表所示：

温度/℃	0	10	30	50	60	70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0	35.3	33.0	30.5	27.0

资料二：Fe（OH）2受氧气氧化反应原理为：4Fe(OH)2 +2H2O+O2=4Fe(OH)3

资料三：获得Fe3O4的反应原理为：Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 Fe3O4+4H2O

Ⅰ【问题讨论】

（1）溶解时，用50℃至80℃的热水目的是__________________________________________。

（2）副产品P是___________________________。

（3）为了得到纯净的产品，过滤、洗涤后进行的具体操作过程为______________________________、干燥

Ⅱ【组成确定】

资料显示：①铁的氢氧化物在受热时分解生成铁的氧化物（化合物不变）；

②Fe2O3和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe3O4，再生成FeO（黑色），最后生成Fe。

为确定用以上方法制得的四氧化三铁的纯度，同学们称取了23.28g该Fe3O4样品设计下列实验进行探究。

（1）该组同学欲通过称量B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe3O4样品中的杂质。B中的最佳试剂是_______________________（填序号）。

A．澄清石灰水 B．氢氧化钠浓溶液 C．稀盐酸 D．水

（2）上述实验过程中，CO气体除作为反应物外，能起到的作用还有：

①实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；

②停止加热后，继续通CO气体，防止生成物被氧化，以及B中的溶液倒吸入A中；且可以_____________________________，以提高实验的精确度。

（3）利用仪器测定并绘制出反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线（如图）

①该Fe3O4样品中含有的杂质成分______________________（填化学式）

②计算样品中Fe3O4的质量分数（写出必要的计算过程）。 _____________

Answer 1

【答案】 该温度时硫酸亚铁的溶解度较大 Na2SO4 取最后一次洗涤的滤液于试管中，加入（盐酸酸化的）BaCl2溶液，若无白色沉淀，说明已经洗涤干净 B 将产生的CO2全部赶入装置B中 Fe2O3 设Fe2O3和Fe3O4的物质的量分别为x、y，根据铁原子守恒有2x+3y=16.80/56mol =0.3mol ，根据质量有：160x+232y=23.28，所以解得y=0.09mol，故样品中Fe3O4的质量分数=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。

【解析】Ⅰ（1）根据FeSO4的溶解度表可知，50℃至80℃时FeSO4的溶解度较大，其他温度下溶解度较小，不利于溶解，故答案为：该温度时硫酸亚铁的溶解度较大。

（2）FeSO4与NaOH反应除了生成Fe(OH )2，还生成Na2SO4，故副产物P为Na2SO4。

（3）沉淀的成分为Fe(OH)2和Fe(OH)3，其中含有杂质Na2SO4，要得到纯净的产品，必须将沉淀洗涤干净，因此过滤、洗涤后进行的操作过程为：取最后一次洗涤的滤液于试管中，加入盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀，说明已经洗涤干净。

Ⅱ（1）CO和Fe3O4反应生成CO2气体，吸收CO2气体的最好的试剂为NaOH溶液，故B中的最佳试剂为NaOH，答案为B。

（2）CO还可以将产生的CO2气体全部赶入装置B中，提高实验的准确率，故答案为：将产生的CO2全部赶入装置B中。

（3）①若样品中只有Fe3O4，加热过程中固体质量下降应只有两段，而现在样品的质量下降有三段，故样品中除了Fe3O4外还有其他成分，沉淀M为Fe(OH)2和 Fe(OH)3的混合物，加热时除生成Fe3O4外，Fe(OH)3加热分解能生成Fe2O3，故Fe3O4样品中含有的杂质成分为Fe2O3。 ②设Fe2O3和Fe3O4的物质的量分别为x、y，根据铁原子守恒有2x+3y=（16.80/56）mol =0.3mol ，根据质量有：160x+232y=23.28，所以解得y=0.09mol，故样品中Fe3O4的质量分数=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。