题目内容

【题目】为测定铝热反应实验所得“铁块”的成分,某学生兴趣小组设计实验流程如图所示。

几种氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mg2+

开始沉淀时的pH

7.5

2.8

4.2

9.6

沉淀完全时的pH

9.0

4.0

5

11

(1)取溶解操作得到的溶液,向其中滴加KSCN溶液,发现溶液变血红色。出现这种现象的原因,除了可能混有没反应完的氧化铁外,还有一个原因是_______________。

(2)沉铁操作应调节溶液pH的范围的为________,试剂B 选择______。(填序号)

a.稀盐酸 b.氧化铁 c.MgCO3固体 d.氨水

(3)已知常温下Fe(OH)3的Ksp=1.1×10-36,则铁完全沉淀时溶液中c(Fe3+)=_____mol/L。

(4)根据流程得到的固体M质量_____(填“能”或“不能”)计算出铁块中金属铁的质量,原因是________________。

(5)另有小组采用滴定的方式测定“铁块”中铁的含量(铁元素只存在Fe和Fe2O3),测定方式如下:

I.取10g“铁块”粉碎,加入足量氢氧化钠溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥,得到8.88g固体。将固体加入足量盐酸溶解,获得200mL溶液A;

II.取出10mL 溶液A 于锥形瓶,先加入足量的SnCl2溶液,将Fe3+全部转化为Fe2+,除去过量的Sn2+;

III.加入一定量的硫酸和磷酸,并滴加指示剂。再向锥形瓶中滴加0.1000mol/LK2Cr2O7溶液,恰好完全反应时,共消耗12.50mL K2Cr2O7溶液。发生反应:Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O

①步骤I中加入足量氢氧化钠溶液的作用为________________________。

②请计算样品中Fe单质的质量分数__________(写出计算过程)。

【答案】 熔融的铁被空气中氧气氧化 4~4.2 d 1.1×10-6 不能 铁块中还可能含有氧化铝等杂质 使铝、氧化铝等杂质完全溶解 72.8%

【解析】(1)取溶解操作得到的溶液,向其中滴加KSCN溶液,发现溶液变血红色,说明溶液中存在Fe3+,可能是有没反应完的氧化铁,也有可能是熔融的铁被空气中氧气氧化,故答案为:熔融的铁被空气中氧气氧化;

(2)加入过氧化氢,将溶液中的亚铁离子全部氧化生成铁离子,根据氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH的数据可知,沉铁操作时不能将铝离子沉淀,应调节溶液pH的范围为4~4.2,加入稀盐酸,溶液的酸性增强,达不到沉铁的目的;不能用氧化铁,因为会引起红色粉未M的质量偏大;也不能用MgCO3固体,因为MgCO3固体过量时会引起所得固体M则质量偏大,故应选用氨水,故选d;,故答案为:4~4.2;d;

(3)根据Fe(OH)3的Ksp=c(Fe3+)c3(OH-)=1.1×10-36,而pH=4,故c(OH-)=10-10mol/L,带入Ksp=c(Fe3+)c3(OH-)=1.1×10-36,计算得c(Fe3+)=1.1×10-6mol/L,故答案为:1.1×10-6;

(4)根据流程得到的固体M中可能含有氧化铝等杂质,因此不能根据M的质量计算出铁块中金属铁的质量,故答案为:不能;铁块中还可能含有氧化铝等杂质;

(5)①步骤I中加入足量氢氧化钠溶液,可以使铁块中的铝、氧化铝等杂质完全溶解,故答案为:使铝、氧化铝等杂质完全溶解;

②滴定中消耗的K2Cr2O7的物质的量=0.01250L×0.1000mol/L=0.00125mol,根据Cr2O72-+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O,根据铁元素守恒,10mL溶液A中含有的Fe3+的物质的量=0.00125mol×6=0.0075mol,则200mL溶液A中含有的Fe3+的物质的量=0.0075mol×20=0.15mol,设Fe和Fe2O3的物质的量分别为x、y,则x+2y=0.15mol;56g/mol·x+160 g/mol·y=8.88g,解得x=0.13mol,y=0.01mol,样品中Fe单质的质量分数=×100%= 72.8%,故答案为:72.8%。

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