题目内容

2．绿矾（FeSO4•7H2O）是硫酸法生产太白粉的主要副产物，可用于制备Fe2O3，复印用Fe3O4粉、还原铁粉等，开发利用绿矾工艺是一项十分有意义的工作．某研究性小组展开了系列研究．
Ⅰ制备Fe2O3
【资料一】
（1）无水硫酸铜遇水变成蓝色的硫酸铜晶体．
（2）绿矾（FeSO4•7H2O）高温分解产生一种金属氧化物和几种气态非金属氧化物．
（3）SO2是无色有窒息性臭味的有毒气体，能使品红溶液褪色．
甲同学用如下装置制备Fe2O3并验证绿矾受热分解的其他产物；

实验过程中发现：A中有红棕色固体生成，B中无水硫酸铜变蓝，C中U形管内有无色晶体（SO3）析出，D中品红溶液褪色，装置E的作用是吸收二氧化硫，防止污染空气，绿矾高温分解的化学方程式为2（FeSO4•7H2O）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑．
Ⅱ制备Fe3O4
   乙同学模拟生产复印用Fe3O4粉的实验流程如下：

【资料二】Fe（OH）2是一种白色难溶于水的固体，在空气中易被氧化．
    FeSO4溶液中加入NaOH溶液，反应的化学方程式依次为①FeSO4+2NaOH═Fe（OH）2↓+Na2SO4，②4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3．由沉淀a获得Fe3O4的化学方程式为：Fe（OH）2+2Fe（OH）3═Fe3O4+4H2O
若制取Fe（OH）2，采取的实验操作是：向盛有5mL新制FeSO4溶液的试管中加入10滴植物油，然后用胶头滴管加煮沸的NaOH溶液（驱赶O2），胶头滴管的正确使用方法是D（填字母）．

Ⅲ制备还原铁粉
    制备还原铁粉的工业流程如下：

（1）操作1的名称是过滤，NH4HCO3和FeSO4溶液反应的化学方程式为FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O．
（2）若将14.06g粗还原铁粉（假设粗还原铁粉中杂质仅含少量FexC）在氧气流中完全反应，得到0.22g
CO2，将相同质量的粗还原铁粉与足量稀硫酸反应，得到0.48gH2（FexC与稀硫酸反应不产生H2）．试通过计算确定FexC的化学式（请写出计算过程）Fe2C．
（3）粗还原铁粉经加工处理后变成纯还原铁粉，纯还原铁粉和水蒸气在高温条件下也可制得四氧化三铁，同时生成一种气体．其装置如图所示：

    SAP材料吸水性强，湿润的SAP材料能为该反应持续提供水蒸气．实验开始一段时间后，观察到在肥皂液中有大量的气泡产生，此气泡用火柴即能点燃，同时有肥皂泡飘到空中．生成的气体是氢气，干燥的SAP材料作用是干燥剂．

分析 根据题意，绿矾（FeSO4•7H2O）高温分解产生一种金属氧化物和几种气态非金属氧化物，无水硫酸铜遇水变成蓝色的硫酸铜晶体，SO2是无色有窒息性臭味的有毒气体，能使品红溶液褪色，进行分析解答．

解答 解：【资料一】绿矾（FeSO4•7H2O）高温分解产生一种金属氧化物和几种气态非金属氧化物，由题意，会生成氧化铁，故会观察到A中有红棕色固体生成．
结晶水合物失去结晶水有水生成，无水硫酸铜遇水变成蓝色的硫酸铜晶体，故B中无水硫酸铜变蓝；C中U形管内有无色晶体（SO3）析出，D中品红溶液褪色，说明有二氧化硫气体生成，SO2是无色有窒息性臭味的有毒气体，故装置E的作用是吸收二氧化硫，防止污染空气．
绿矾高温分解的化学方程式为2（FeSO4•7H2O）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑．
【资料二】
在FeSO4溶液中加入NaOH溶液后，会发生反应：FeSO4+2NaOH═Fe（OH）2↓+Na2SO4，生成白色的Fe（OH）2沉淀；白色的Fe（OH）2 极易被氧气氧化，先迅速变为灰绿色，最终变为红褐色的Fe（OH）3，反应：4 Fe（OH）2+O2 +2H2O═4 Fe（OH）3，
若制取Fe（OH）2，采取的实验操作是：向盛有5mL新制FeSO4溶液的试管中加入10滴植物油，然后用胶头滴管加煮沸的NaOH溶液（驱赶O2），胶头滴管的正确使用方法是A；
Ⅲ制备还原铁粉
（1）操作1的名称是过滤；硫酸亚铁和碳酸氢铵反应生成碳酸铁、硫酸铵、水和二氧化碳，化学方程式为：FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；
（2）若将14.06g还原铁粉（含少量FexC）在氧气流中加热，得到0.22gCO2，碳元素的质量=0.22g×$\frac{12}{44}$=0.06g
将相同质量的还原铁粉与足量硫酸反应，得到0.48gH2，依据反应方程式计算：设消耗铁的质量为x
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，
56                        2
x                         0.48g
    $\frac{56}{2}$=$\frac{x}{0.48g}$
x=13.44g
FexC的质量=14.06g-13.44g=0.62g；
FexC的中铁元素的质量=0.62g-0.06g=0.56g
则：56x：12=0.56g：0.06g
x=2
所以化学式为Fe2C；
（3）SAP材料吸水性强，湿润的SAP材料能为该反应持续提供水蒸气．实验开始一段时间后，观察到在肥皂液中有大量的气泡产生，此气泡用火柴即能点燃，同时有肥皂泡飘到空中．生成的气体是氢气，干燥的SAP材料作用是干燥剂作用．
故答案为：
【资料一】红棕；吸收二氧化硫，防止污染空气；2（FeSO4•7H2O）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe2O3+SO2↑+SO3↑+14H2O↑．
【资料二】FeSO4+2NaOH═Fe（OH）2↓+Na2SO4，D；
Ⅲ制备还原铁粉
（1）过滤；FeSO4+2NH4HCO3=FeCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；
（2）Fe2C；
（3）氢气；干燥剂作用．

点评 本题有一定难度，理解题目所给信息、灵活运用所学知识（常见气体的检验与除杂方法、化学方程式的书写方法等）是正确解答本题的关键．

练习册系列答案
相关题目
12．二氧化碳与二氧化硫同为非金属氧化物，某兴趣小组用类比法进行如下探究：
探究一　SO2的制取
（1）实验室常用固体亚硫酸钠（Na2SO3）与稀硫酸在常温下反应制取二氧化硫，选择发生装置主要应该考虑的因素是A、B（填序号，可多选）．
A．反应物的状态  B．反应条件  C．气体密度   D．气体溶解性
（2）探究二氧化硫性质，该兴趣小组进行了如图1所示的实验．

通过上述实验，可推测SO2气体的性质有：
①SO2密度比空气大．
②SO2能溶于水等合理答案．
探究二　CO2和SO2性质的比较
兴趣小组设计并进行如图2实验，探究比较CO2和SO2的化学性质．

实验Ⅰ实验Ⅱ
通入CO2通入SO2
品红溶液无明显变化红色褪为无色
澄清石灰水白色浑浊白色浑浊
（3）由实验可知：
①二氧化硫能与澄清石灰水反应，生成亚硫酸钙（CaSO3）和水，写出该反应的化学方程式SO2+Ca（OH）2=CaSO3↓+H2O．
②鉴别CO2和SO2的方法是将气体分别通入品红溶液，红色褪去是SO2，无明显变化的是CO2③实验Ⅱ中NaOH溶液的作用是吸收尾气，防止其吸收尾气，防止其污染空气．
探究三　测定空气中SO2的含量，探究小组进行如下实验
【查阅资料】①碘水遇淀粉变蓝色．
②二氧化硫与碘水反应的化学方程式为：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI
（SO2、I2的相对分子质量分别为：64、254）．
③我国环境空气质量标准中对每次空气质量测定中SO2最高浓度限值
SO2最高浓度限值（单位mg/m3）
一级标准二级标准三级标准
0.150.500.70
（4）测定步骤：
Ⅰ．检查装置的气密性．
Ⅱ．向试管中加入1g溶质质量分数为0.0127%的碘水，用适量的蒸馏水稀释，再滴入2-3滴淀粉溶液，配制成稀溶液．
Ⅲ．在指定地点用注射器抽取空气140次注入上述试管中（假设每次抽气500mL）
由实验可知：
①当溶液由蓝色变成无色时反应恰好完全．
②由此可计算空气中SO2的含量0.46mg/m3（结果精确至0.01），所测地点的空气中SO2的含量属于二级标准（填上表中所列举的等级）．
13．空气质量日益让人担忧，氢能源汽车备受人们关注．目前，多数汽车使用的燃料还是汽油或柴油．请写出氢气燃烧的化学方程式，分析车用能源转变的原因．
10．除去下列物质中的少量杂质（括号内为杂质），所用试剂和方法不正确的是（　　）
A．CO2（CO）-点燃
B．KNO3（NaCl）-降温结晶
C．NaCl溶液（Na2SO4）-加入适量的BaCl2溶液，过滤
D．ZnSO4溶液（CuSO4）-加入过量的锌粉，过滤
17．如图是化学园地中一张表示物质反应关系的卡片图（“一”表示相连的两种物质能够在溶液中发生化学反应），其中A、B、C三处的卡片尚未粘贴．请你思考一种粘贴方案，并回答下列问题：

（1）A处贴上的卡片可以是H2SO4（或CuSO4）（写卡片中的化学式）．
（2）B处卡片中的物质是一种碱（选填“酸”、“碱”或“盐”）．
（3）C处卡片中的物质与Fe反应的化学方程式为Fe+CuSO4═FeSO4+Cu（或Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑）．该反应的基本类型是置换反应．
（4）你认为下列物质可用来替换“Fe”位置的是③（填序号）．
    ①Ag   ②Fe2O3 ③NaOH．
7．已知Mg能在CO2中燃烧生成碳和一种白色固体物质，某化学兴趣小组用如图所示装置制备CO2并对Mg在CO2中燃烧生成的白色固体物质进行探究．
实验过程：连接好装置并检查装置的气密性，装入药品，打开活塞，让A中产生的气体依次通过B，C，待气体充满集气瓶后，用坩埚钳夹住8-10cm长的用砂纸打磨干净的镁条，将镁条点燃后迅速插入到正不断通入CO2的集气瓶中，待剧烈反应平息后，关闭活塞，即可看到集气瓶内壁和底部有白色固体和黑色物质出现．
查阅资料：①饱和NaHCO3溶液可以吸收HCl而不吸收CO2；②MgO、Mg（OH）2、MgCO3均为白色固体．
（1）仪器a的名称是长颈漏斗．
（2）装置B中发生反应的化学方程式是NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑，装置C的作用是干燥
（3）检验D中集气瓶已经充满CO2的方法是把燃烧的木条放在集气瓶口，如果燃烧的木条熄灭，说明已经收集满
（4）白色固体物质是什么？甲同学提出了三种猜想：
猜想Ⅰ：白色固体物质是MgO
猜想Ⅱ：白色固体物质是Mg（OH）2
猜想Ⅲ：白色固体物质是MgCO3
①上述猜想中，你认为不合理的猜想是Ⅱ（填Ⅰ或Ⅱ或Ⅲ），理由是反应物中没有氢元素．
②乙同学取D中的白色固体于试管中，向其中加入足量的稀硫酸，固体溶解，无气泡产生，据此可知猜想Ⅰ（填Ⅰ或Ⅱ或Ⅲ）是合理的，则镁在D中发出反应的化学方程式是2Mg+CO2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO+C．
14．下列各组物质的鉴别方法中正确的是（　　）
A．用燃着的木条鉴别O2、CO2、N2三种气体
B．用水鉴别CuS04、NaOH、NH4NO3三种固体
C．用灼烧的方法鉴别木炭粉、CuO、Fe3O4三种黑色粉未
D．用酚酞溶液一次性鉴别H2SO4、KOH、NaCl三种溶液
11．下列物质属于纯净物的是（　　）
A．空气B．食盐水C．铁矿石D．氧气
2．如表是氯化铵固体在不同温度下的溶解度：
温度/℃01020304050607080
溶解度/g29.433.337.241.445.850.455.260.265.6
①向100g水中不断加入氯化铵固体或改变温度，得到如图相应的溶液A～E．

溶液D是不饱和（填“饱和”或“不饱和”）溶液，溶液E中析出晶体9.2g．
②将盛有溶液E的小烧杯放入盛有水的大烧杯中，向大烧杯内加入NaOH固体，小烧杯内的固体溶解，原因是氢氧化钠固体溶于水放热，使得氯化铵的溶解度增大而溶解．

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