Question

17．硫酸亚铁是重要的亚铁盐，在农业上用作农药，主要治小麦黑穗病，还可以用作除草剂；在工业上用于染色、制造蓝黑墨水和木材防腐等．
（1）新制的绿矾（FeSO₄•7H₂O）是浅绿色的，但在空气中极易变成黄色或铁锈色的碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]，写出该反应的化学方程式：4FeSO₄•7H₂O+O₂=4Fe（OH）SO₄+26H₂O．
（2）已知FeSO₄在不同条件下分解得到产物不同，可能是FeO和SO₃，也可能是Fe₂O₃、SO₃和SO₂；SO₃熔点是16.8℃，沸点是44.8℃．
某研究性学习小组拟用下列装置进行实验探究“在加热条件下FeSO₄的分解产物”．
上述装置Ⅲ和Ⅳ用来检验气体产物．试回答下列问题：
①Ⅱ装置烧杯中水的温度应控制在 （选填“0℃、25℃、50℃”），装置Ⅱ的作用是防止产生倒吸．
②装置Ⅲ中的试剂可以是 （选填序号，下同），现象是，则证明气体产物中含有SO₃；装置Ⅳ中的试剂可以是B、E．
A．2mol/LNa₂CO₃溶液          B．品红溶液             C．0.5mol/L BaCl₂溶液          D．0.5mol/LBa（NO₃）₂          E.0.01mol/L KMnO₄溶液    F．淀粉碘化钾溶液
③装置V中试剂为NaOH溶液，发生反应的离子方程式为SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O．
④为了检验固体产物成分，取反应后的固体于试管中，加稀硫酸溶解，将所得溶液分成两份，进行如下实验：

操作步骤	预期实验现象	预期实验结论
向其中一份溶液中加入KSCN溶液（或硫氰化钾溶液）	溶液变成血红色	固体中含有Fe2O3
向另一份溶液中滴加2滴黄色K3[Fe（CN）6]溶液	产生蓝色沉淀	固体中含有FeO

⑤若用22.8g FeSO₄固体做实验，完全分解后，得到11.2g固体，其中Fe₂O₃的质量分数=35.7%（精确到0.1%）

Answer 1

分析 实验探究在加热条件下FeSO₄的分解产物，Ⅱ装置烧杯中水的温度应控制在50℃，防止SO₃液化或凝固，装置III是检验是否有三氧化硫，可以选用氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成说明有三氧化硫，装置IV是检验是否有二氧化硫，二氧化硫能使品红褪色，也可以使高锰酸钾溶液褪色，装置V中试剂为NaOH溶液吸收多余的二氧化硫气体防止污染空气，
（1）亚铁离子易被氧化具有还原性；
（2）①安全瓶的作用是可以防止倒吸；当温度高于44.8°C时三氧化硫为气体状态；
②装置III是检验是否有三氧化硫，装置IV是检验是否有二氧化硫，根据二者的性质选择试剂；
③二氧化硫会污染空气，要用氢氧化钠溶液来处理尾气；
④检验三价铁离子用硫氰化钾溶液；检验二价铁离子用K₃[Fe（CN）₆]溶液；
⑤反应过程中FeSO₄固体分解为二氧化硫、三氧化硫、FeO、Fe₂O₃，完全分解后得到11.2g固体为氧化铁和氧化亚铁，质量减少的为二氧化硫和三氧化硫的总质量，据此列方程组计算．

解答 解：（1）亚铁离子具有还原性，易被氧气氧化，反应方程式为4FeSO₄•7H₂O+O₂=4Fe（OH）SO₄+26H₂O，
故答案为：4FeSO₄•7H₂O+O₂=4Fe（OH）SO₄+26H₂O；
（2）①SO₃的沸点是44.8°C，当温度高于44.8°C时三氧化硫为气体状态，把试管浸泡在50℃的热水浴中能防止SO₃液化或凝固，产生的气体极易和溶液反应时，会产生倒吸，所以装置II的试管能防止溶液倒吸入装置Ⅰ中（或安全瓶），
故答案为：50℃；防止产生倒吸：
②装置III是检验是否有三氧化硫，可以选用氯化钡溶液，如果有白色沉淀生成说明有三氧化硫；装置IV是检验是否有二氧化硫，二氧化硫能使品红褪色，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以选用二者来检验二氧化硫；
故答案为：C；产生白色沉淀；B、E；
③二氧化硫会污染空气，所以要用氢氧化钠溶液来吸收剩余的二氧化硫，其反应的离子方程式为：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O，
故答案为：SO₂+2OH^-=SO₃^2-+H₂O；
④检验三价铁离子用硫氰化钾溶液，溶液变红色，证明有三价铁离子，进而说明固体产物中含有氧化铁；检验二价铁离子用K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液中生成蓝色沉淀，说明有二价铁离子，即证明固体产物中含有FeO；
故答案为：

操作步骤	预期实验现象	预期实验结论
KSCN溶液（或硫氰化钾溶液）	溶液变成血红色
		固体中含有FeO

；
⑤反应过程中FeSO₄固体分解为二氧化硫、三氧化硫、FeO、Fe₂O₃，完全分解后得到11.2g固体为氧化铁和氧化亚铁，质量减少的为二氧化硫和三氧化硫的总质量，
设生成的二氧化硫为xmol，三氧化硫为ymol，
根据硫元素守恒，则x+y=$\frac{22.8g}{152g/mol}$=0.15mol，
64x+80y=22.8g-11.2g=11.6g，
解得：x=0.025，y=0.125，
FeSO₄固体分解，每生成1mol二氧化硫时硫元素得到2mol电子，每生成1molFe₂O₃时铁元素失去2mol电子，所以生成的二氧化硫与氧化铁的物质的量相同，
则Fe₂O₃的物质的量为0.025mol，其质量为0.025mol×160g/mol=4.0g，
故质量分数为：$\frac{4.0g}{11.2g}$×100%=35.7%，
故答案为：35.7%．

点评 本题考查亚铁离子和三价铁离子之间的相互转化、性质及实验方案的设计、评价和有关计算的知识，掌握基础是解题关键，题目难度中等．