Question

7．某铁矿石样品除含SiO₂外，主要成分是铁的氧化物．某化学兴趣小组对铁矿石进行探究．
（1）探究铁矿石中铁的价态．
①某同学将适量稀硝酸加入少许样品中，加热溶解；取少许溶液，滴加KSCN溶液后出现血红色．由此得出该铁矿石中铁元素价态为+3的结论．你认为此结论不合理（填“合理”或“不合理”），其理由稀硝酸具有强氧化性，能将样品中的+2价的铁元素氧化为+3价．
②请完成下表对铁元素价态的探究实验：
限选试剂：3mol•L^-1H₂SO₄溶液、3% H₂O₂溶液、6mol•L^-1HNO₃溶液、0.01mol•L^-1KMnO₄溶液、稀NaOH溶液、0.1mol•L^-1KI溶液、20%KSCN溶液、蒸馏水．

实验操作步骤	预期现象与结论
步骤1：用药匙取少许样品于试管中，用滴管滴加适量的3mol•L-1H2SO4溶液，加热，充分反应后得到A溶液	-
步骤2：取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴20%KSCN溶液，振荡试管	若溶液变红色，样品中含+3价的铁元素
步骤3：另取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴0.01mol•L-1KMnO4溶液，振荡试管	若溶液的紫红色褪去，样品中含+2价的铁元素

（2）探究铁矿石中铁的含量．
将2.25g铁矿石样品经一系列化学处理，制得铁元素全部为Fe²⁺的待测液250mL，利用反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O 对铁矿石中铁元素的含量进行测定．
①取25.00mL待测液进行滴定，平均消耗0.02mol•L^-1KMnO₄溶液的体积为25.00mL，求铁矿石中铁元素的质量分数（写出计算过程，并保留3位有效数字）
②下列滴定方式中，最合理的是（夹持部分略去）b．

③在滴定过程中，不需要（填“需要”或“不需要”）指示剂来确定滴定终点．

Answer 1

分析 （1）①稀硝酸具有强氧化性，不能利用硝酸溶解；
②检验铁离子用KSCN溶液，若变红色说明含有铁离子；检验亚铁离子，用高锰酸钾溶液，若高锰酸钾褪色，说明含有亚铁离子；
（2）①根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液体积为25.00mL时，求出反应的亚铁离子的物质的量，再求出250mL溶液中亚铁离子的物质的量和质量，再求质量分数；
②酸性溶液或强氧化性溶液应用酸式滴定管盛放；
③KMnO₄溶液呈紫色，自身可以作指示剂．

解答 解：（1）①稀硝酸具有强氧化性，不能利用硝酸溶解，稀硝酸能将样品中+2价铁元素氧化为+3价，则不合理，
故答案为：不合理；稀HNO₃具有强氧化性，能将样品中+2价铁元素氧化为+3价；
②检验铁离子用KSCN溶液，取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴20%KSCN溶液，振荡试管，若溶液变红色说明含有铁离子；检验亚铁离子，用高锰酸钾溶液，另取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，振荡试管，若高锰酸钾褪色，说明含有亚铁离子；
故答案为：

实验操作步骤	预期现象与结论
取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴20%KSCN溶液，振荡试管	溶液变红色
另取2mLA溶液于试管中，用胶头滴管滴加1～2滴0.01mol•L-1KMnO4溶液，振荡试管	溶液的紫红色褪去

；
（2）①根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液体积为25.00mL时，则MnO₄^-物质的量为：0.02mol/L×0.025L=0.0005mol，铁矿石中铁元素的百分含量是：$\frac{0.0005mol×5×56g/mol×\frac{250}{25}}{2.25g}$×100%=62.2%，
答：铁矿石中铁元素的质量分数62.2%；
②酸性溶液或强氧化性溶液应用酸式滴定管，故答案为：b；
③KMnO₄溶液呈红色，Fe²⁺反应完毕，滴入最后一滴KMnO₄溶液，紫色不褪去，说明滴定到终点，不需要外加指示剂；
故答案为：不需要．

点评 本题考查了实验设计的基本原理和离子的检验方法、物质含量的测定实验方案设计，题目难度中等，侧重于考查学生的实验探究能力和计算能力，注意把握常见离子的检验方法．