Question

7．工业上可以用废铁屑制备活性Fe₃O₄，流程如图1：

（1）在制备过程中，不但要将块状固体原料粉碎、磨成粉末，作用是增大反应物之间的接触面积，增加反应速率，提高生产效率．
（2）在合成池里生成Fe₃O₄的离子方程式为Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O．
（3）根据流程可知，配料中心很可能使混合物中的Fe₂O₃与Fe物质的量之比接近4：1．
（4）某同学利用废铁屑（含Fe和Fe₂O₃）来制取FeCl₃•6H₂O晶体，同时测定混合物中铁的质量分数，装置如图2（夹持装置略，气密性已检验）：
操作步骤如下：
I．打开弹簧夹K₁、关闭弹簧夹K₂，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸．
Ⅱ．当…时，关闭弹簧夹K₁打开弹簧夹K₂，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a．
Ⅲ．将烧杯中溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到FeC1₃•6H₂O晶体．
请回答：
①操作Ⅱ中“…”的内容是当A中固体完全消失，烧杯中的现象是无色溶液逐渐变黄，有气泡产生，相应的方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O、2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑_．（是离子反应的写离子方程式）
②若混合物质量为m g，实验结束后测得B中所得的气体是V mL（标准状况时），该同学由此计算出此废铁屑中铁的质量分数是$\frac{V}{400m}$，该数值比实际数值偏低，若实验过程操作无误，偏低的原因是Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．

Answer 1

分析 （1）固体的表面积越大，反应速率越快；
（2）Fe²⁺与Fe³⁺在碱性条件下反应生成Fe₃O₄；
（3）没有气体产生，说明铁刚好使三价铁转化为二价铁，由于在1molFe₃O₄中可以认为有二价的氧化亚铁和三价的三氧化铁各1mol，设Fe为Xmol，Fe₂O₃为ymol，生成1molFe₃O₄，根据Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺解题；
（4）①装置A中的铁完全消失，反应结束；打开弹簧夹K₂，反应生成的氯化亚铁被双氧水氧化成氯化铁，同时有氧气放出；根据氯化亚铁被双氧水氧化、生成的氯化铁作催化剂使双氧水分解情况，写成反应方程式；
②“用m g含有铁锈（Fe₂O₃）的废铁屑来制取FeCl₃•6H₂O晶体”，氧化铁溶于盐酸，生成的三价铁离子能够消耗铁；

解答 解：（1）固体的表面积越大，反应速率越快，所以在工业生产中，将块状固体磨成粉末，并在反应池中安装搅拌机，目的是增加反应速率，故答案为：增大反应物之间的接触面积，增加反应速率，提高生产效率；
（2）Fe²⁺与Fe³⁺在碱性条件下反应生成Fe₃O₄，反应的离子方程式为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O；故答案为：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O；
（3）没有气体产生，说明铁刚好使三价铁转化为二价铁，由于在1molFe₃O₄中可以认为有二价的氧化亚铁和三价的三氧化铁各1mol，
设Fe为Xmol，Fe₂O₃为ymol，生成1molFe₃O₄，根据Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺则有：
X+2Y=3；3X=1
解得X=$\frac{1}{3}$；Y=$\frac{4}{3}$，故Fe₂O₃与Fe物质的量之比为4：1；
故答案为：4：1；
（4）①当A中固体完全消失，铁完全和盐酸反应后，反应结束；当A中溶液完全进入烧杯，生成的氯化亚铁被氧化成黄色的氯化铁，生成的氯化铁作催化剂，使双氧水分解，反应的方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案是：当A中固体完全消失；无色溶液逐渐变黄，有气泡产生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②由于废铁屑中含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子能够和铁反应，导致铁减少，置换的氢气体积减少，
故答案是：Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．

点评 本题考查物质的分离、提纯和除杂以及铁屑中铁的质量分数和制取氯化铁晶体，涉及了较多的化学方程式的书写、质量分数的计算、实验操作等知识，难度中等，注意实验基本操作方法，把握实验原理．