Question

3．某学校化学兴趣小组同学小博经查阅资料知道，FeSO₄•7H₂O是一种重要的食品和饲料添加剂．为此小组同学开始探索工业制备FeSO₄•7H₂O的过程，选择了某工来废渣主要成分是Fe₂O₃，还含有CaCO₃和SiO₂（既不溶于水也溶于稀硫酸）．
请根据流程图回答下列问题：

（1）操作①中将废渣变成粉末的目的是增大与稀硫酸的接触面积，使反应更充分，稀硫酸与粉末中的氧化铁反应的化学方程式为Fe₂O₃+2H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
（2）操作②所需要的玻璃仪器是：烧杯、玻璃棒和漏斗．固定装置是铁架台．
（3）经测定，滤渣中只含CaCO₃和SiO₂，你认为实验室能（填“能”或者“不能”）用粉末的石灰石与稀硫酸反应制二氧化碳．
（4）Fe与Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄的化学方程式为Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄，反应中化合价发生变化的元素是Fe．
（5）硫酸亚铁的溶解度曲线如图2，待结晶完毕后，滤除晶体，用少量冰水洗涤2～3次．用冰水洗涤的目的是（结合硫酸亚铁的溶解度曲线图进行分析）：
Ⅰ．除去晶体表面附着的杂质；Ⅱ．用冰水洗涤可降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗．

Answer 1

分析 （1）根据增大接触面积可以加快反应速率，稀硫酸与粉末中的氧化铁反应生成硫酸铁和水去进行分析；
（2）根据过滤可以将固体和液体分离，过滤需用到的仪器有：烧杯、玻璃棒和漏斗去进行分析；
（3）根据测定，滤渣中只含有CaSO₄和SiO₂；说明废渣中的碳酸钙已经完全和稀硫酸反应，生成了二氧化碳气体去分析解答；
（4）从图可知：Fe与Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，反应物是Fe和Fe₂（SO₄）₃，生成物是FeSO₄去分析解答；
（5）从硫酸亚铁的溶解度曲线如图1可以看出：硫酸亚铁的溶解度随温度的升高而增大，冰水的温度低，硫酸亚铁在低温下的溶解度小，可降低洗涤过程中绿矾的溶解而造成的损失去分析解答．

解答 解：（1）将废渣研磨的目的是：增大与稀硫酸的接触面积，使反应更充分，稀硫酸与粉末中的氧化铁反应，生成硫酸铁和水，化学方程式为：Fe₂O₃+2H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）由题目中图可以看出步骤②用来分离固体和液体，获得滤液和滤渣，所以这个步骤是过滤；过滤时需用到的仪器有：烧杯、玻璃棒和漏斗；固定装置是铁架台；
（3）工业废渣主要成分是Fe₂O₃，还含有CaCO₃和SiO₂（既不溶于水也不溶于稀硫酸），加入稀硫酸后，题目中指出：“经测定，滤渣中只含有CaSO₄和SiO₂；”说明废渣中的碳酸钙已经完全和稀硫酸反应，生成了二氧化碳气体；
（4）由图可知：Fe与Fe₂（SO₄）₃反应生成FeSO₄，反应物是Fe和Fe₂（SO₄）₃，生成物是FeSO₄，故反应的化学方程式为：Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄；反应前后，铁元素由0价、+3价转化为+2价，硫元素和氧元素的化合价没有改变；
（5）硫酸亚铁的溶解度曲线如图1可以看出：硫酸亚铁的溶解度随温度的升高而增大，用冰水洗涤的目的是一、除去晶体表面附着的溶于水杂质，二、冰水的温度低，硫酸亚铁在低温下的溶解度小，可降低洗涤过程中绿矾的溶解而造成的损失．
故答案为：（1）增大与稀硫酸的接触面积，使反应更充分；Fe₂O₃+2H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
（2）漏斗；铁架台；
（3）能；
（4）Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄；Fe；
（5）用冰水洗涤可降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗．

点评 块状的石灰石和稀硫酸反应时，由于生成的硫酸钙微溶于水，附着在碳酸钙的表面，阻止了碳酸钙与稀硫酸的进一步接触，使反应停止；而用碳酸钙粉末则增大了与稀硫酸的接触面积，避免上述现象，反应得以进行，故可用碳酸钙粉末和稀硫酸制取二氧化碳气体．