Question

12．草酸亚铁用作分析试剂及显影剂等，其制备流程如图1：

Ⅰ、（1）配制一定浓度（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O溶液时，需加少量稀硫酸，目的是抑制Fe²⁺水解．
配制步骤是：计算、称量、溶解、摇匀装瓶．
（2）将制得的产品在氩气气氛中进行热重分析，结果如图2（TG%表示残留固体质量占原样品总质量的百分数）．
①A→B发生反应的化学方程式为FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g）． C处时残留物的化学式为FeO．
②有研究学者在实验过程中用气相色谱还检出H₂，最终产物中也有微量的磁性物质生成，请你猜想用一
个方程式解释这种事实：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂．
Ⅱ、某化学兴趣小组的同学进行草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•nH₂O）分解的实验探究．经过小组讨论，他们设计了如图3装置进行实验（夹持装置未画出）：烧瓶A中盛有饱和NH₄Cl和NaNO₂的混合液（常用于实验室制N₂），干燥管B、G中盛有碱石灰，试管D、F、I中盛有澄清石灰水．
（3）连接好装置后，加入药品前，应该进行的实验操作是检验装置气密性（填操作名称）．
（4）写出A中发生化学反应的方程式NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O．
（5）实验时先打开活塞a，并加热烧瓶A一段时间，其目的是生成的N₂排除装置内的空气，避免空气中CO₂对实验造成的干扰；然后停止加热，关闭活塞a，实验结束前，还要打开活塞a，加热烧瓶A一段时间，其目的是使分解产物全部通过后面的装置，充分反应．
定性研究
（6）试管D中出现浑浊，证明产物中有CO₂存在，证明分解产物中存在CO的现象是F中不出现浑浊，I中出现浑浊（H内固体变红），要证明分解时产生的另一种气态产物的存在应该如何改进装置在CD之间连一个盛有无水CuSO₄的装置；将充分反应后的固体残余物投入经煮沸的稀硫酸中，固体完全溶解且无气体放出，取反应液加入KSCN溶液无血红色，证明固体产物为FeO．
定量分析（假定每一步反应进行完全）
（7）取7.2g样品进行实验，测得硬质玻璃管C中残余固体2.88g，硬质玻璃管H中固体质量减轻0.64g，则草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•nH₂O）分解的化学方程式为FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 I．（1）溶液中亚铁离子水解，加入少量硫酸，抑制亚铁离子水解；
（2）①由图可知，加热生成B时剩余固体为80%，损失20%，FeC₂O₄.2H₂O中结晶水的质量为$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B发生反应是FeC₂O₄.2H₂O加热失去结晶水；
由图可知加热生成C时，分解完全，假定草酸亚铁晶体为180g，其物质的量为1mol，则C固体的质量为180g×40%=72g，铁元素质量为1mol×56g/mol=56，故应含有氧元素为72g-56g=16g，即铁原子与氧原子物质的量之比为1：1，应为FeO；
②气相色谱还检出H₂，最终产物中也有微量的磁性物质生成，磁性物质为四氧化三铁，可能是FeO与水反应生成四氧化三铁与氢气；
Ⅱ．A装置生成氮气，发生反应为：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，B装置干燥氮气，C装置中草酸亚铁晶体加热分解，试管D中出现浑浊，证明产物中有CO₂存在，F中不出现浑浊，I中出现浑浊（H内固体变红），证明分解产物中存在CO，在CD之间连一个盛有无水CuSO₄的装置可以证明有水蒸气生成，E中应盛放氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳，防止影响CO的检验，F装置检验二氧化碳是否除尽，G装置干燥气体．装置检查气密性后，先通一段时间N₂，排除装置内的空气，避免空气中CO₂对实验造成的干扰，实验结束前，也需要通入氮气，使分解产物全部通过后面的装置，充分反应；
将充分反应后的固体残余物投入经煮沸的稀硫酸中，固体完全溶解且无气体放出，取反应液加入KSCN溶液无血红色，证明固体产物为FeO；
（7）硬质玻璃管C中残余固体2.88g为FeO，其物质的量为$\frac{2.88g}{72g/mol}$=0.04mol，由Fe元素守恒可知FeC₂O₄•nH₂O为0.04mol，故0.04mol×（56+24+64+18n）g/mol=7.2g，解得n=2，故草酸亚铁晶体的化学式为FeC₂O₄•2H₂O，硬质玻璃管H中发生反应：CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，固体质量减轻0.64g，则参加反应的CuO中元素质量为0.64g，则n（CO）=n（O）=$\frac{0.64g}{16g/mol}$=0.04mol，根据碳元素守恒，可知酸亚铁晶体分解生成二氧化碳为0.04mol×2-0.04mol=0.04mol，据此书写反应方程式．

解答 解：（1）溶液中亚铁离子水解，加入少量硫酸，抑制亚铁离子水解，
故答案为：抑制Fe²⁺水解；
（2）①由图可知，加热生成B时剩余固体为80%，损失20%，FeC₂O₄.2H₂O中结晶水的质量为$\frac{36}{180}$×100%=20%，故A→B发生反应是FeC₂O₄.2H₂O加热失去结晶水，反应方程式为：FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g），
由图可知加热生成C时，分解完全，假定草酸亚铁晶体为180g，其物质的量为1mol，则C固体的质量为180g×40%=72g，铁元素质量为1mol×56g/mol=56，故应含有氧元素为72g-56g=16g，氧原子物质的量为1mol，即铁原子与氧原子物质的量之比为1：1，应为FeO，
故答案为：FeC₂O₄.2H₂O（s）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄（s）+2H₂O（g）；FeO
②气相色谱还检出H₂，最终产物中也有微量的磁性物质生成，磁性物质为四氧化三铁，可能是FeO与水反应生成四氧化三铁与氢气，反应方程式为：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂，
故答案为：3FeO+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂；
Ⅱ．（3）连接好装置后，加入药品前，应该进行的实验操作是：检验装置气密性，
故答案为：检验装置气密性；
（4）A装置生成氮气，发生反应为：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，
故答案为：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O；
（5）实验时先打开活塞a，并加热烧瓶A一段时间，其目的是：生成的N₂排除装置内的空气，避免空气中CO₂对实验造成的干扰；然后停止加热，关闭活塞a，实验结束前，还要打开活塞a，加热烧瓶A一段时间，其目的是：使分解产物全部通过后面的装置，充分反应，
故答案为：生成的N₂排除装置内的空气，避免空气中CO₂对实验造成的干扰；使分解产物全部通过后面的装置，充分反应；
（6）试管D中出现浑浊，证明产物中有CO₂存在，证明分解产物中存在CO的现象是：F中不出现浑浊，I中出现浑浊（H内固体变红）；在CD之间连一个盛有无水CuSO₄的装置可以证明有水蒸气生成；将充分反应后的固体残余物投入经煮沸的稀硫酸中，固体完全溶解且无气体放出，取反应液加入KSCN溶液无血红色，证明固体产物为FeO，
故答案为：CO₂；F中不出现浑浊，I中出现浑浊（H内固体变红）；在CD之间连一个盛有无水CuSO₄的装置；FeO；
（7）硬质玻璃管C中残余固体2.88g为FeO，其物质的量为$\frac{2.88g}{72g/mol}$=0.04mol，由Fe元素守恒可知FeC₂O₄•nH₂O为0.04mol，故0.04mol×（56+24+64+18n）g/mol=7.2g，解得n=2，故草酸亚铁晶体的化学式为FeC₂O₄•2H₂O，硬质玻璃管H中发生反应：CuO+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cu+CO₂，固体质量减轻0.64g，则参加反应的CuO中元素质量为0.64g，则n（CO）=n（O）=$\frac{0.64g}{16g/mol}$=0.04mol，根据碳元素守恒，可知酸亚铁晶体分解生成二氧化碳为0.04mol×2-0.04mol=0.04mol，生成CO与二氧化碳物质的量之比为1：1，该反应方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

点评 本题以草酸亚铁制备为载体，考查盐类水解、化学计算、物质组成探究实验，属于拼合型题目，是对学生综合能力的考查，难度较大．