Question

10．高纯氧化铁性能稳定，无毒、无臭、无味，是食品、药品、化妆品常用着色剂．
某实验小组用工业FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等杂质离子）为原料，以萃取剂Y（甲基异丁基甲酮）萃取法制取高纯氧化铁．实验过程中的主要操作步骤如图1：

已知：试剂X是浓盐酸，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄
请回答下列问题：
（1）据上述实验操作过程判断，下列实验装置中如图2，没有用到的是①④（填序号）

（2）用萃取剂Y萃取的步骤中：
①Ca、Mn、Cu等杂质离子几乎都在水相（填“水”或“有机”）相中．
②实验时分3次萃取并合并萃取液，这样操作的目的是提高萃取率，提高产量．
③以下关于萃取分液操作的叙述中，不正确的是ABC．
A．溶液中加入Y，转移至分液漏斗中，塞上玻璃塞，如图3用力振摇
B．振摇几次后需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气
C．经几次振摇并放气后，手持分液漏斗静置待液体分层
D．分液时，将分液漏斗上的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，打开旋塞，待下层液体完全流尽时，关闭旋塞后再从上口倒出上层液体
（3）下列试剂中，作反萃取剂Z的最佳选择是A，反萃取能发生的原因是加高纯水时，c（HCl）降低，平衡向转化为FeCl₃的方向移动．
A．高纯水        B．盐酸          C．稀硫酸      D．酒精
（4）据上述实验操作过程判断，本实验若用适量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液，是否合理并请说明理由不合理，采用蒸发、灼烧操作后，高纯氧化铁中会有大量NaCl残留在其中．
（5）测定产品中铁的含量需经酸溶、还原为Fe²⁺，然后在酸性条件下用标准K₂Cr₂O₇溶液滴定（还原产物是Cr³⁺）．现准确称取Wg样品经酸溶、还原为Fe²⁺，用0.1000mol•L^-1的标准溶液进行滴定．
①滴定起始和终点的液面位置如图如图4，则消耗K₂Cr₂O₇标准溶液体积为20.00mL．
②产品中铁的含量为$\frac{0.672}{W}$×100%（假设杂质不与K₂Cr₂O₇反应）．

Answer 1

分析 FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等杂质离子）为原料，试剂X是浓盐酸，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄，加入试剂X为盐酸溶解，以萃取剂Y（甲基异丁基甲酮）萃取法制取弃去水相，加入萃取剂Z分液弃去有机相，得到含铁离子的溶液，加入草酸形成草酸铁沉淀，蒸发灼烧得到高纯氧化铁，
（1）分析可知流程中需要的操作为：溶解、萃取分液、过滤蒸发灼烧，据此分析所需仪器装置；
（2）①根据流程图可知，FeCl₃粗品溶于盐酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等离子的溶液，用Y萃取后再反萃取去掉有机相即可得到较纯的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取时Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺应在水相中，、；
②萃取剂X总量一定时，萃取的次数越多，效果越好，据此判断；
③萃取分液操作的注意事项：将液体充分混合均匀；放气的方法为：漏斗倒置，打开旋塞放气；应放置在铁架台上静置；放出液体时应打开上口玻璃塞或将玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出；
（3）根据元素守恒可知，萃取后水相中铁的存在形式是氯化铁，用甲基异丁基甲酮萃取时，在有机相中铁元素以形式存在HFeCl₄，由于加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动，所以用高纯水可以进行反萃取；
（4）本实验若用适量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液会引入杂质钠离子；
（5）①滴定管是精确量具，读取到0.01ml，利用的是开始和结束时液面差计算得到；
②依据氧化还原反应定量关系计算，6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O．

解答 解：FeCl₃粗品（含Ca、Mn、Cu等杂质离子）为原料，加入试剂X为盐酸溶解，以萃取剂Y（甲基异丁基甲酮）萃取法制取弃去水相，加入萃取剂Z分液弃去有机相，得到含铁离子的溶液，加入草酸形成草酸铁沉淀，蒸发灼烧得到高纯氧化铁，
（1）分析可知流程中需要的操作为：溶解、萃取分液、过滤蒸发灼烧，据此分析所需仪器，①是气体发生装置，②是溶液蒸发装置，③是分液装置，④是过滤装置，⑤是固体灼烧装置，则没有用到的是①④，
故答案为：①④；
（2）①根据流程图可知，FeCl₃粗品溶于盐酸，得到含有Fe³⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺等离子的溶液，用Y萃取后再反萃取去掉有机相即可得到较纯的含Fe³⁺的溶液，所以在萃取时Ca²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺应在水相中，
故答案为：水相；
②萃取剂X总量一定时，萃取的次数越多，效果越好，实验时分3次萃取并合并萃取液，这样操作的目的是提高萃取率，提高产量，
故答案为：提高萃取率，提高产量；
③A．溶液中加入Y，转移至分液漏斗中，塞上玻璃塞，萃取分液时，加入萃取剂后，应使液体混合均匀，两手分别顶住玻璃活塞，使分液漏斗倒转过来，不能用力振摇，故A错误；
B．振摇几次后漏斗倒置，打开旋塞放气，不需打开分液漏斗上口的玻璃塞放气，故B错误；
C．经几次振摇并放气后，应放置在铁架台上静置，不能手持分液漏斗静置待液体分层，故C错误；
D．分液时，遵循“上吐下泻”原则，将分液漏斗上的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔，打开旋塞，待下层液体完全流尽时，关闭旋塞后再从上口倒出上层液体，故D正确；
故答案为：ABC；
（3）根据元素守恒可知，萃取后水相中铁的存在形式是FeCl₃，用甲基异丁基甲酮萃取时，在有机相中铁元素以形式存在HFeCl₄，由于加高纯水时，酸度[或c（H⁺）]降低，HCl（浓）+FeCl₃?HFeCl₄平衡向转化为FeCl₃的方向移动，所以用高纯水可以进行反萃取，
故答案为：A；加高纯水时，c（HCl）降低，平衡向转化为FeCl₃的方向移动；
（4）本实验若用适量Na₂C₂O₄溶液代替H₂C₂O₄溶液不合理，采用蒸发、灼烧操作后，反应后生成的氯化钠会残留在高纯氧化铁中，
故答案为：不合理，采用蒸发、灼烧操作后，高纯氧化铁中会有大量NaCl残留在其中；
（5）①滴定起始和终点的液面位置如图如图4，起始量为0ml，结束溶液消耗体积20.00ml，则消耗K₂Cr₂O₇标准溶液体积为20.00ml，
故答案为：20.00；
 ②6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
    6       1
    n      0.1000mol•L^-1×0.020L
n=0.012mol，
产品中铁的含量=$\frac{0.012mol×56g/mol}{Wg}$×100%=$\frac{0.672}{W}$×100%，
故答案为：$\frac{0.672}{W}$×100%．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法分析，涉及实验基本操作、离子方程式的书写、化学计算等知识，注意反应过程中原子守恒的理解应用，掌握基础是关键，题目难度中等．