Question

工业绿矾（主要成分FeSO₄?7H₂O），其中所含固体杂质不含铁元素、不溶于水、加热也不分解．用铁的质量分数为18%以上的工业绿矾可生产复印用高档Fe₃O₄粉．
（一）原料工业绿矾中铁的质量分数测定
称取30g硫酸亚铁晶体样品按图1高温加热，使其完全分解，相关数据如图2，对所得产物进行探究，并测定样品中铁的质量分数．
【查阅资料1】绿矾晶体在T₁时开始分解，T₂时完全失去水，T₃时FeSO₄开始分解．
（1）实验前，应先

 

．
（2）装置B中硫酸铜粉末变蓝，说明产物中有

 

，装置C中高锰酸钾溶液褪色，说明产物中还有

 

．
（3）装置A中固体变成红棕色，放入稀盐酸，得黄色溶液，则该红棕色固体是

 

．
（4）装置D球形干燥管的作用

 

．
（5）从理论上分析，硫酸亚铁晶体分解还生成SO₃．根据相关数据分析：①图2中T₃至T₄过程的反应化学方程式

 

；②样品中铁的质量分数=

 

．
（6）实验中要持续通入氮气，否则测出的铁的质量分数会

 

（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（二）生产复印用高档Fe₃O₄粉
【生产流程】

【查阅资料2】
①硫酸亚铁在不同温度下的溶解度如表所示：

温度/℃	0	10	30	50	60	70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0	35.3	33.0	30.5	27.0

②Fe（OH）₂易氧化：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃
③获得Fe₃O₄的反应原理为：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃

△   .

Fe₃O₄+4H₂O
（1）溶解时，用50℃至80℃的热水目的是

 

．
（2）写出加入适量NaOH溶液时发生反应的化学方程式

 

．
（3）副产品P的化学式是

 

．
（4）沉淀M需洗净，检验是否洗净的方法是

 

．
（5）若流程中产生的Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的质量比为50：107，则所得产品是

 

的Fe₃O₄（填“纯净”或“不纯净”）．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,常见气体的检验与除杂方法,盐的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：【查阅资料1】
（1）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
（2）白色硫酸铜粉末遇水变蓝色；二氧化硫具有还原性，能使高锰酸钾溶液褪色；
（3）氧化铁是红棕色固体，能和稀盐酸反应生成氯化铁和水，氯化铁溶液是黄色的；
（4）球形干燥管能够防止液体倒吸；
（5）硫酸亚铁在高温条件下分解能生成氧化铁、二氧化硫和三氧化硫；
根据反应前后的质量差可以计算氧化铁的质量，根据氧化铁的质量可以计算铁元素的质量，进一步可以计算样品中铁的质量分数；
（6）实验中持续通入氮气的目的是为了排出反应生成的水蒸气；
【查阅资料2】
（1）根据硫酸亚铁的溶解度与温度的关系，可以判断在什么温度范围内硫酸亚铁的溶解能力较强；
（2）硫酸亚铁和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁沉淀和硫酸钠；
（3）副产品P是硫酸钠；
（4）取洗涤液适量于试管中，滴加氯化钡溶液，如果产生白色沉淀，说明洗涤不干净；如果不产生白色沉淀，说明洗涤干净；
（5）根据Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃

△   .

Fe₃O₄+4H₂O中的氢氧化亚铁和氢氧化铁反应的质量比，可以判断Fe（OH）₂和Fe（OH）₃按照一定的质量比反应时，得到的四氧化三铁是否纯净．

解答：解：【查阅资料1】
（1）实验前，应先检查装置的气密性．
故填：检查装置的气密性．
（2）装置B中硫酸铜粉末变蓝，说明产物中有水，装置C中高锰酸钾溶液褪色，说明产物中还有二氧化硫．
故填：水；二氧化硫．
（3）装置A中固体变成红棕色，放入稀盐酸，得黄色溶液，则该红棕色固体是氧化铁．
故填：氧化铁．
（4）装置D球形干燥管的作用防止蒸馏水倒吸．
故填：防止蒸馏水倒吸．
（5）①图2中T₃至T₄过程的反应化学方程式为：2FeSO₄

高温  .

Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
故填：2FeSO₄

高温  .

Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
②解：设反应生成的氧化铁的质量为x，
2FeSO₄?7H₂O

高温  .

14H₂O+SO₂↑+SO₃↑+Fe₂O₃ △m（包括水、二氧化硫、三氧化硫）
   556                            160     396 
                                   x    30.0g-10.2g

160

x

=

396

30.0g-10.2g

，
x=8g，
铁元素的质量为：8g×

112

160

×100%=5.6g，
样品中铁元素的质量分数为：

5.6g

30.0g

×100%=18.7%；
故填：18.7%．
（6）如果不通入氮气，分解产生的水蒸汽在A管中冷凝，A管质量差变小，通过上述计算过程可以知道铁元素计算的质量变小，铁元素的质量分数会偏小．
故填：偏小．
【查阅资料2】
（1）溶解时，用50℃至80℃的热水目的是在50℃～80℃时，硫酸亚铁的溶解度较大，有利于溶解的更多，提高产率．
故填：在50℃～80℃时，硫酸亚铁的溶解度较大，有利于溶解的更多，提高产率．
（2）氢氧化钠和硫酸亚铁反应的化学方程式为：2NaOH+FeSO₄═Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄．
故填：2NaOH+FeSO₄═Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄．
（3）副产品P是硫酸钠，硫酸钠的化学式是Na₂SO₄．
故填：Na₂SO₄．
（4）沉淀M需洗净，检验是否洗净的方法是取最后洗涤液，滴加BaCl₂溶液，如果产生白色沉淀，说明洗涤不干净；如果不产生白色沉淀，说明洗涤干净．
故填：取最后洗涤液，滴加BaCl₂溶液．
（5）Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃

△   .

Fe₃O₄+4H₂O中，Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的质量比为90：107，若流程中产生的Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的质量比为50：107，因为90：107不等于50：107，则所得产品是不纯净的四氧化三铁．
故填：不纯净．

点评：合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．