Question

15．实验室里用硫酸厂烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等）制备聚铁（碱式硫酸铁的聚合物）和绿矾（FeSO₄•7H₂O），其过程如图1所示：

（1）画出铁的原子结构示意图，
（2）过程①中，FeS和O₂、H₂SO₄反应的化学方程式为4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S．
（3）过程③中，需要加入的物质名称是Fe（或铁）．过程④的实验操作蒸发结晶．
（4）过程⑥中，将溶液Z加热到70℃～80℃，目的是促进Fe³⁺的水解．
（5）8.34g FeSO₄•7H₂O样品在隔绝空气条件下受热脱水过程的热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图2所示．下列说法中正确的是D
A．温度为78℃时固体物质M的化学式为FeSO₄•5H₂O
B．温度为159℃时固体物质N的化学式为FeSO₄•3H₂O
C．在隔绝空气条件下由N得到P的化学方程式为FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+SO₃↑
D．取适量380℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650℃，得到一种固体物质Q，同时有两种无色气体生成，Q的化学式为Fe₂O₃
（6）实验室为测定所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验．①用分析天平称取样品2.700g；②将样品溶于足量盐酸后，加入足量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥、称量，得固体质量为3.495g．若该聚铁主要成分为[Fe（OH）SO₄]_n，则该聚铁中铁元素的质量分数为31.1%．

Answer 1

分析 （1）铁为26号元素第ⅤⅢ族，四个电子层，最外层2个电子；
（2）根据反应物和生成物的种类结合质量守恒书写化学方程式；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制备绿矾，应加入Fe使之还原为Fe²⁺；过程④是溶液中得到溶质晶体可以通过蒸发结晶得到；
（4）过程⑥目的为促进的水解，加热有利于水解的进行；
（5）8.34g FeS0₄•7H₂0样品物质的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂0）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶体全部失去结晶水，固体的质量应为8.34g-3.78g=4.56g，可知在加热到373℃之前，晶体失去部分结晶水，结合质量的变化可确定在不同温度时加热后固体的化学式，加热至633℃时，固体的质量为2.40g，其中n（Fe）=n（ FeS0₄•7H₂0）=0.03mol，m（Fe）=0.03mol×56g/mol=1.68g，则固体中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，则n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，则固体物质Q的化学式为Fe₂O₃，以此解答该题．
（6）根据n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）计算．

解答 解：（1）铁为26号元素第ⅤⅢ族，四个电子层，最外层2个电子，原子结构示意图为：，
故答案为：；
（2）反应物为FeS、O₂和H₂SO₄，生成物有S，根据质量守恒还应有Fe₂（SO₄）₃和H₂O，
反应的化学方程式为4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S，
故答案为：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制备绿矾，应加入Fe使之还原为Fe²⁺，加入铁可生成Fe²⁺，并且不引入新的杂质，过程④是溶液中得到溶质晶体可以通过蒸发结晶得到，
故答案为：Fe（或铁），蒸发结晶；
（4）过程⑥目的为促进的水解，加热有利于水解的进行，促进Fe³⁺的水解，
故答案为：促进Fe³⁺的水解；
（5）8.34g FeS0₄•7H₂0样品物质的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂0）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶体全部失去结晶水，固体的质量应为8.34g-3.78g=4.56g，可知在加热到373℃之前，晶体失去部分结晶水，
A．温度为78℃时，固体质量为6.72g，其中m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂0）=6.72g-4.56g=2.16g，n（H₂0）=$\frac{2.16g}{18g/mol}$=0.12mol，则n（H₂0）：n（FeS0₄）=0.12mol：0.03mol=4：1，则化学式为FeSO₄•4H₂O，故A错误；
B．温度为l59℃时，固体质量为5.10g，其中m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂0）=5.10g-4.56g=0.54g，n（H₂0）=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，则n（H₂0）：n（FeS0₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，则化学式为FeSO₄•H₂O，故B错误；
C．m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，则在隔绝空气条件下由N得到P的化学方程式为FeSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS0₄+H₂0，故C错误；
D．加热至633℃时，固体的质量为2.40g，其中n（Fe）=n（ FeS0₄•7H₂0）=0.03mol，m（Fe）=0.03mol×56g/mol=1.68g，则固体中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，则n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，则固体物质Q的化学式为Fe₂O₃，故D正确．
故选D．
故答案为：D．
（6）过滤、洗涤、干燥，称量，得固体质量为3.495g，应为BaSO₄沉淀，
n（BaSO₄）=$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，
则n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）=0.015mol，
m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
ω（Fe）=$\frac{0.84g}{2.7g}$×100%=31.1%，
故答案为：31.1%

点评 本题考查较为综合，涉及物质含量的测定、制备实验方案的设计等知识，题目难度较大，注意常见化学实验操作方法．