Question

6．硫酸亚铁是一种重要的食品和饲料添加剂，为测定该补血剂样品[主要成分是硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）中铁元素的含量，某化学兴趣小组设计以下实验方案：
[探究一]利用废水回收铜，制备硫酸亚铁晶体：

（1）加入固体A是Fe，固体甲中含有的物质是Fe和Cu；溶液乙中溶质是Al₂（SO₄）₃、FeSO₄．
（2）写出步骤①的化学方程式：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，检验步骤①向废液中加入A是否过量的物理方法是继续向废液中加入稀硫酸，看是否有气泡产生．
[探究二]将FeSO₄转化为Fe₂O₃，测定质量变化操作流程如下：

（3）步骤②中H₂O₂得到了Fe₂（SO₄）₃，加入过量的X发生的反应③方程式Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄ ．
（4）步骤④中一系列操作依次是：过滤、洗涤、灼烧、冷却、称量得到ag固体，样品补血剂中铁元素的质量为0.07ag（用含a的代数式表示）．
[探究三]某硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）热分解研究
（5）该兴趣小组同学称取27.8g硫酸亚铁晶体样品按图1高温加热，使其完全分解，对所得产物进行探究，并通过称量装置B质量测出x的值．

装置B中硫酸铜粉末变蓝，质量增加12.6g，x的值7；实验中要持续通入氮气，否则测出的x会偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；装置C中高锰酸钾溶液褪色，说明产物中还有二氧化硫．装置D 的作用是吸收二氧化硫防止污染空气．
（6）杨龙宇同学收集到硫酸亚铁完全分解后的固体呈红棕色，放入足量稀盐酸，固体全部溶解，得到黄色溶液，于是他得出结论硫酸亚铁分解得到产物“只有两种”，你认为杨龙宇得出的结论是错误（错误或正确）的，请写出m→n的化学方程式：2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．

Answer 1

分析 【探究一】从含有硫酸铝、硫酸亚铁和硫酸铜的废水中回收铜和硫酸亚铁，加入的过量的金属A应是铁，根据铁与硫酸铜的反应写出①的反应的方程式，分析固体甲的成分及溶液乙中的溶质；
【探究二】由流程图可知，该实验原理为：将药品中的Fe²⁺形成溶液，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，使Fe³⁺转化为氢氧化铁沉淀，再转化为氧化铁，通过测定氧化铁的质量，计算补血剂中铁元素的含量．
【探究三】
（5）有无水硫酸铜粉末变蓝，说明产物中有水，水的质量为12.6g，根据水和氧化铁的质量求x的值；根据实验中要持续通入氮气的作用，分析x的变化；二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色；二氧化硫有毒，要进行尾气处理．
（6）据题意分析红棕色固体为氧化铁，故硫酸亚铁完全分解后得四种产物．

解答 解：【探究一】：（1）由题意可知，从含有硫酸铝、硫酸亚铁和硫酸铜的废水中回收铜和硫酸亚铁，加入的过量的金属A应是铁．由于铁是过量的有剩余的铁，还有生成的铜．所以，固体甲中含有的物质是Fe、Cu；由于铁不能与硫酸铝反应，所以溶液乙中的溶质是 Al₂（SO₄）₃、FeSO₄．
（2）由上述分析可知，步骤①发生的反应是铁与硫酸铜的反应，化学方程式是：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．步骤①向废液中加入的A是铁，检验铁是否过量的方法是继续向废液中加入稀硫酸，看是否有气泡产生；
【探究二】：
（3）步骤②中H₂O₂得到了Fe³⁺，加入过量的X发生的反应方程式为：Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄
（4）步骤④中一系列处理是由氢氧化铁悬浊液最终转化为氧化铁，需要过滤、洗涤的氢氧化铁，然后灼烧生成氧化铁，冷却后称量氧化铁的质量；
ag氧化铁中铁元素的质量即为10片补血剂中铁的质量，所以每片补血剂含铁元素的质$\frac{ag×\frac{112}{160}}{10}$=0.07ag；
【探究三】：
（5）图1装置B中无水硫酸铜粉末变蓝，质量增加12.6g，说明产物中有水，生成水的质量是12.6g．生成的氧化铁的质量是8g．
通过FeSO₄•xH₂O的化学式可知铁原子和水的个数比为1：x
 Fe₂O₃～2xH₂O
  160    36x  
  8g     12.6g   
$\frac{160}{8g}$=$\frac{36x}{12.6g}$ 
解得：x=7
实验中要持续通入氮气，将生成的水蒸气全部排出，否则测出的x值会偏小；
二氧化硫能使高锰酸钾溶液褪色．二氧化硫有毒，要进行尾气处理，装置D吸收二氧化硫防止污染空气．
（6）由题意可知，硫酸亚铁晶体加热会失去结晶水，高温会继续分解产生金属氧化物和非金属氧化物，结合A中固体呈红棕色，放入足量稀盐酸，固体全部溶解，得到黄色溶液的信息，可判断红色固体是Fe₂O₃，故硫酸亚铁完全分解后有二氧化硫、三氧化硫、水和氧化铁四种生成物．由图2可知硫酸亚铁完全分解
分两步，第一步硫酸亚铁晶体失去结晶水，第二步是硫酸亚铁转化为二氧化硫、三氧化硫和氧化铁，方程式为：2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
故答案为：【探究一】：（1）Fe，Fe和Cu，Al₂（SO₄）₃、FeSO₄；
（2）Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；继续向废液中加入稀硫酸，看是否有气泡产生；
【探究二】：（3）Fe₂（SO₄）₃+6NaOH=2Fe（OH）₃↓+3Na₂SO₄
（4）过滤；0.07ag
【探究三】：（5）7，偏小，二氧化硫； 吸收二氧化硫防止污染空气（6）错误；2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．

点评 该题考查了学生从资料中获得有效信息的能力、实验分析能力、根据化学式的计算能力，综合性强考查知识全面．