Question

19．铁黑（Fe₃O₄）是常见的铁系颜料．一种制取铁黑的实验流程如图所示：

制取铁黑的反应原理可表示为
Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃ $\stackrel{△}{→}$ Fe（OH）₂•2Fe（OH）₃ $\stackrel{△}{→}$ Fe₃O₄
（1）加入氨水调pH至7～9时，发生反应的离子方程式为Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺．
（2）为了保证铁黑样品的质量，“合成”中需要控制的因素有通入空气的量、空气的通入速率、氨水的浓度及反应温度（填三个）．
（3）铁黑产品中Fe₃O₄的含量是判断产品等级的依据之一．某铁黑样品中混有的杂质为FeO、Fe₂O₃中的一种．根据国标方法，进行的测定实验如下：
步骤1：称取1.908g样品置于锥形瓶中，加入足量盐酸，加热使之完全溶解．
步骤2：向锥形瓶中先加入足量的SnCl₂溶液，将Fe³⁺全部转化为Fe²⁺，除去过量的Sn²⁺，再加入一定量的硫酸和磷酸，并滴加指示剂．
步骤3：再向锥形瓶中滴加0.08200mol•L^-1K₂Cr₂O₇溶液，发生反应：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
恰好完全反应时，共消耗50.00mLK₂Cr₂O₇溶液．请计算样品中Fe₃O₄的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 硫酸亚铁溶液中加入氨水，亚铁离子在碱性条件下先与氢氧根离子反应生成白色的氢氧化亚铁，继续滴加氨水并能氧气，生成的氢氧化亚铁会很快被氧化，变成灰绿色，最终氢氧化亚铁会被氧化成红褐色的氢氧化铁沉淀，最后过滤、洗涤、干燥并加热，获得铁黑（Fe₃O₄），
（1）Fe²⁺在pH为7～9时，弱碱性条件下生成氢氧化亚铁沉淀，不能忽视NH₃•H₂O是弱碱；
（2）为了保证铁黑样品的质量，需要通过探究反应条件，使Fe²⁺部分氧化，控制生成的氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀的比例；
（3）先根据滴定原理计算出溶液中含有的Fe²⁺的物质的量，通过极值假设判断出固体样品的成分，再结合原子守恒计算样品中Fe₃O₄的质量及质量分数．

解答 解：（1）在FeSO₄溶液中，加入氨水调pH至7～9时，生成氢氧化亚铁沉淀时发生反应的离子方程式为Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺；
故答案为：Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺；
（2）在“合成”过程中通过控制通入空气的量、空气的通入速率、氨水的浓度及反应温度等因素，可提高铁黑样品的质量，故答案为：通入空气的量、空气的通入速率、氨水的浓度及反应温度；
（3）根据反应Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知：n（Fe2+）=0.082×50×10^-3×6mol=24.6×10^-3mol，
极值法讨论，设全来自于Fe₃O₄，m（Fe₃O₄）=232g/mol×24.6×10^-3mol×$\frac{1}{3}$=1.9024g；
设全来自于Fe₂O₃，m（Fe₂O₃）=160g/mol×24.6×10^-3mol×$\frac{1}{2}$=1.9688g；
设全来自于FeO，m（FeO）=72g/mol×24.6×10^-3mol=1.7712g；
则为Fe₃O₄与Fe₂O₃的混合物，
设Fe₃O₄为xmol，Fe₂O₃为ymol
3x+2y=24.6×10^-3
232x+160y=1.908
x=7.5×10^-3mol，y=1.05×10^-3mol；
样品中Fe₃O₄的质量分数为：$\frac{7.5×1{0}^{-3}×232}{1.908}×100%$=91.2%，
故答案为：91.2%．

点评 本题考查了亚铁离子与氢氧根离子的反应原理及现象，题目难度不大，注意掌握亚铁离子、铁离子的性质及检验方法，明确亚铁离子与氢氧根离子的反应现象是解答本题关键，涉及样品成分的分析及计算，难度中等．