Question

3．铁、铝、铜等金属及其化合物在日常生活中应用广泛，请根据下列实验回答问题：
（1）生铁中含有一种铁碳化合物X（Fe₃C）．X在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，将Y溶于过量盐酸的溶液中含有的大量阳离子是Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺．
（2）某溶液中有Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺等四种离子，向其中加入过量的NaOH溶液后，过滤，将滤渣高温灼烧并将灼烧后的固体投入到过量的稀盐酸中，所得溶液与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是BC．
A．Mg²⁺B．Fe²⁺C．Al³⁺       D．Cu²⁺
（3）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：

回答下列问题：
①操作Ⅰ的名称是过滤，操作Ⅱ的名称是洗涤；
②写出在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（4）有些同学认为KMnO₄溶液滴定也能进行铁元素含量的测定
（5Fe²⁺+Mn${O}_{4}^{-}$+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
a．称取2.850 g绿矾（FeSO₄•7H₂O）产品，溶解，在250 mL容量瓶中定容；
b．量取25.00 mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.010 00 mol/L KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00 mL．
①实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250 mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需250mL容量瓶．
②判定反应是否需要指示剂（如果需要，选择何种指示剂，请描述现象．如果不需要，请说明理由，请描述现象）不需要，可以利用高锰酸钾颜色变化指示滴定终点．
③计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为97.5%．

Answer 1

分析 （1）有磁性的固体Y为四氧化三铁，与盐酸反应生成氯化铁、氯化亚铁；
（2）加入过量的NaOH，Al³⁺转化为偏铝酸根，Mg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺转化为氢氧化物沉淀，且氢氧化亚铁易被氧化，灼烧固体得到氧化镁、氧化铜、氧化铁，加入到过量的稀盐酸中，所得溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；
（3）由流程可知，碳酸钠水解显碱性，可除去油污，然后Fe与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，操作I为过滤，滤液中亚铁离子与碳酸氢铵反应生成FeCO₃，操作II为洗涤，干燥后煅烧FeCO₃得到Fe₂O₃；
（4）①一定物质的量浓度溶液的配制结合配制步骤可得到每一步中使用的仪器，很明显缺少250 mL容量瓶；
②酸性高锰酸钾溶液呈紫红色，随着反应溶液颜色会发生改变，故不需要指示剂，可以利用高锰酸钾颜色变化指示滴定终点；
③结合反应的化学方程式可得亚铁离子和高锰酸根物质的量之比为5：1，以此计算．

解答 解：（1）Fe₃C在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体Y，Y为Fe₃O₄，溶于过量的盐酸反应生成氯化亚铁、氯化铁，溶液有剩余的HCl，溶液中大量存在的阳离子是Fe²⁺、Fe³⁺、H⁺，故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺；
（2）加入过量的NaOH，Al³⁺转化为偏铝酸根，Mg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺转化为氢氧化物沉淀，且氢氧化亚铁易被氧化，灼烧固体得到氧化镁、氧化铜、氧化铁，加入到过量的稀盐酸中，所得溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，与原溶液相比，溶液中大量减少的阳离子是Al³⁺、Fe²⁺，
故答案为：BC；
（3）由流程可知，碳酸钠水解显碱性，可除去油污，然后Fe与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，操作I为过滤，滤液中亚铁离子与碳酸氢铵反应生成FeCO₃，操作II为洗涤，干燥后煅烧FeCO₃得到Fe₂O₃；
①由上述分析可知，操作I、II分别为过滤、洗涤，故答案为：过滤；洗涤；
②在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）①一定物质的量浓度溶液的配制结合配制步骤可得到每一步中使用的仪器，很明显缺少250 mL容量瓶，故答案为：250 mL容量瓶；
②酸性高锰酸钾溶液呈紫红色，随着反应溶液颜色会发生改变，故不需要指示剂，可以利用高锰酸钾颜色变化指示滴定终点，故答案为：不需要，可以利用高锰酸钾颜色变化指示滴定终点；
③结合反应的化学方程式可得亚铁离子和高锰酸根物质的量之比为5：1，则七水硫酸亚铁的质量分数为$\frac{0.01mol/L×0.2L×5×278g/mol×\frac{250}{25}}{2.85g}$×100%=97.5%，
故答案为：97.5%．

点评 本题考查物质制备实验及含量测定计算，为高频考点，把握制备实验流程、物质的性质、反应中的物质的量关系为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．