题目内容

20．某化学兴趣小组测定某Fe2（SO4）3样品（只含少量FeCl2杂质）中铁元素的质量分数，按以下实验步骤进行操作：
①称取a g样品，置于烧杯中；
②加入50mL 1.0mol/L稀硫酸和一定量的蒸馏水，使样品溶解，然后准确配制成250.00mL溶液；
③量取25.00mL步骤②中配得的溶液，置于烧杯中，加入适量的氯水，使反应完全；
④加入过量氨水，充分搅拌，使沉淀完全；
⑤过滤，洗涤沉淀；
⑥将沉淀转移到某容器内，加热、搅拌，直到固体由红褐色全部变为红棕色后，在干燥器中冷却至室温后，称量；
⑦…

请根据上面叙述，回答：
（1）上图所示仪器中，本实验步骤①②③中必须用到的仪器有E和CFG（填字母）．
（2）步骤②中：配制50mL，1.0mol/L稀H2SO4，用量筒量取98%（密度1.84g/cm3）的浓H2SO4体积为2.7 mL，在配制过程中，某学生观察定容时俯视，所配溶液的浓度会偏高（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
（3）样品中的杂质Fe2+有较强的还原性，完成并配平下列反应的离子方程式□Fe2++□ClO2+□□=□Fe3++□Cl-+□H2O
从理论上分析，上述实验中若将氯水改为ClO2时，对实验结果造成不影响（填“偏大”“偏小”或“不影响”），等物质的量的ClO2与Cl2的电子转移数之比为5：2．
（4）若步骤⑥不在干燥器中冷却，则测定的铁元素的质量分数会偏大（填“偏大”“偏小”或“不影响”）；若容器质量是W1g，最终容器和固体的总质量是W2 g，则样品中铁元素的质量分数为$\frac{0.7（{W}_{2}-{W}_{1}）}{a}$×100%．

分析 （1）根据各仪器的作用选取仪器；
（2）依据硫酸溶液稀释溶质物质的量不变计算所需溶液体积；
（3）依据氧化还原反应电子守恒、原子守恒配平离子方程式；还原剂一定，需要的氧化剂可以是氯气或氯酸钠，还原剂失电子数一定，氧化剂改变不影响计算结果，氧化剂的氧化率是得到电子数之比；
（4）若步骤⑥不在干燥器中冷却，会吸收空气中的水蒸气，称量的质量增大，则测定的铁元素的质量分数偏高；沉淀加热直到固体由红褐色全部变为红棕色，干燥称量至恒重的标准是两次称量质量不超过0.1g；
根据铁元素质量守恒，即红棕色固体（ Fe2O3）中的铁就是样品中铁，根据质量分数的公式求出铁元素的质量分数．

解答 解：（1）称量药品用天平，氯化铁和氯化亚铁的水溶液都呈酸性，所以准确量取25.00mL步骤②中配得的溶液用酸式滴定管，配制一定物质的量浓度的溶液用容量瓶，故答案为：CFG；
（2）配制50mL，1.0mol/L稀H2SO4需要98%（密度1.84g/cm3）的浓H2SO4体积为设为Vml，依据稀释前后溶液溶质物质的量不变，$\frac{Vml×1.84g/ml×98%}{98g/mol}$=0.05L×1.0mol/L，V=2.7ml，在配制过程中，某学生观察定容时俯视，水未加入到刻度线，溶液浓度增大，
故答案为：2.7，偏高；
（3）反应中，亚铁离子变化为铁离子，氯酸跟离子氯元素化合价从+4价变化为-1价，变化5价，电子转移最小公倍数为5，依据电子守恒和原子守恒配平得到离子方程式为：5Fe2++ClO2+4 H+═5Fe3++Cl-+2H2O；从理论上分析，上述实验中若将氯水改为ClO2时对实验无影响，不同的是氧化剂不同，同量还原性物质被氧化需要失去电子相同；等物质的量的ClO2与Cl2的氧化效率之比为为转移电子数之比，ClO2～Cl-～5e-，Cl2～2Cl-～2e-，所以1molClO2与Cl2的电子转移之比为5：2，
故答案为：5；1；4H+；5；1；2；不影响；5：2；
（4）若步骤⑥不在干燥器中冷却，会吸收空气中的水蒸气，称量的质量增大，则测定的铁元素的质量分数偏大；
因铁元素质量守恒，即红棕色固体中的铁就是样品中铁，Fe2O3中铁元素的质量为（W2-W1）g×$\frac{112}{160}$，样品中铁元素的质量分数是$\frac{0.7（{W}_{2}-{W}_{1}）}{a}$×100%，
故答案为：偏大；$\frac{0.7（{W}_{2}-{W}_{1}）}{a}$×100%．

点评 本题考查了实验探究方法和实验测定，溶液配制过程，固体质量称量，氧化还原反应配平是解题关键，注意实验测定溶液体积的变化，题目难度中等．

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