题目内容

4．铁及其化合物在生产和生活中有着广泛的应用．
（1）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）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的名称分别是过滤、如何判断操作Ⅱ进行完全取最后一次洗涤液少量于试管中滴入浓氢氧化钠溶液加热，无使红色石蕊试纸变蓝色的气体生成，证明洗涤干净．
②写出在空气中煅烧FeCO3的化学方程式4FeCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2；
③．煅烧如果不充分，产品中将有Fe2+ 存在，试设计实验检验产品中有无Fe2+取固体样品少许放入试管中，加入足量稀硫酸，震荡试管，再加入几滴滴入KMnO4溶液，若溶液褪色证明含有Fe2+，否则不存在．
（2）有些同学认为KMnO4溶液滴定也能进行铁元素含量的测定．
a．称取2.850g绿矾（FeSO4•7H2O）产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL
①写出酸性KMnO4溶液与FeSO4溶液反应的离子方程式5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O
②如何判断滴定终点滴入最后一滴溶液，溶液呈紫红色且半分钟不褪色，证明反应达到终点
③计算上述样品中FeSO4•7H2O的质量分数为97.54%．

分析 碳酸钠溶液显碱性，可以除去铁屑表面的油污，用稀硫酸溶解铁，再通过过滤分离得到滤液，滤液中加入碳酸氢铵，将溶液中亚铁离子转化为FeCO3沉淀，再通过过滤分离滤液与FeCO3，滤液中含有硫酸铵，FeCO3表面附着杂质，在干燥前应先洗涤除去杂质，在空气中煅烧分解，且+2价铁在空气中加热易被氧化为+3价，最终得到Fe2O3，
（1）①操作I后得到滤渣和滤液，应为过滤；沉淀干燥前应先洗涤除去杂质；
②FeCO3与氧气反应生成三氧化二铁和二氧化碳；
③依据煅烧反应不完全，生成氧化铁中含有碳酸亚铁，可以先加酸溶解，再加入高锰酸钾溶液检验亚铁离子的存在；
（2）①高锰酸根具有强氧化性，亚铁离子具有还原性，酸性条件下，高锰酸根将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为锰离子，同时有水生成；
②亚铁离子被氧化为三价铁离子，高锰酸钾溶液做指示剂，滴定终点时溶液由浅绿色变为紫红色，且半分钟内不立即褪去；
③根据n=cV计算25mL样品溶液消耗高锰酸钾的物质的量，进而计算250mL溶液可以消耗高锰酸钾的物质的量，再根据①中离子方程式计算亚铁离子的物质的量，由Fe元素守恒可得FeSO4•7H2O的物质的量，根据m=nM计算FeSO4•7H2O的质量，进而计算其质量分数．

解答 解：碳酸钠溶液显碱性，可以除去铁屑表面的油污，用稀硫酸溶解铁，再通过过滤分离得到滤液，滤液中加入碳酸氢铵，将溶液中亚铁离子转化为FeCO3沉淀，再通过过滤分离滤液与FeCO3，滤液中含有硫酸铵，FeCO3表面附着杂质，在干燥前应先洗涤除去杂质，在空气中煅烧分解，且+2价铁在空气中加热易被氧化为+3价，最终得到Fe2O3，
（1）①操作I分离互不相溶的固体与液体，采取过滤；碳酸亚铁表面附着杂质，沉淀干燥前应先洗涤除去杂质，判断操作Ⅱ进行完全的方法是，取最后一次洗涤液少量于试管中滴入浓氢氧化钠溶液加热，无使红色石蕊试纸变蓝色的气体生成，证明洗涤干净，
故答案为：过滤；取最后一次洗涤液少量于试管中滴入浓氢氧化钠溶液加热，无使红色石蕊试纸变蓝色的气体生成，证明洗涤干净；
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\;}}{\;}$2Fe2O3+4CO2；
③煅烧如果不充分，产品中将有Fe2+ 存在，主要是Fe2O3和FeCO3，取样品放入试管中，加入稀硫酸溶解得到溶液，滴入高猛酸钾溶液，若滴入的高锰酸钾溶液褪色证明含有亚铁离子，否则不存在，
故答案为：取固体样品少许放入试管中，加入足量稀硫酸，震荡试管，再加入几滴滴入KMnO4溶液，若溶液褪色证明含有Fe2+，否则不存在；
（2）①高锰酸根具有强氧化性，亚铁离子具有还原性，酸性条件下，高锰酸根将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原为锰离子，同时有水生成，反应离子方程式为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，
故答案为：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；
②滴定实验是利用高锰酸钾溶液的颜色变化指示反应终点，所以反应完全后，滴入最后一滴溶液，溶液呈紫红色且半分钟不褪色，证明反应达到终点，
故答案为：滴入最后一滴溶液，溶液呈紫红色且半分钟不褪色，证明反应达到终点；
③25mL样品溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.02L×0.0100mol/L=2×10-4mol，可知250mL溶液可以消耗高锰酸钾的物质的量为2×10-4mol×$\frac{250ml}{25ml}$=2×10-3mol，由5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，可知250mL溶液中亚铁离子离子的物质的量为2×10-3mol×5=0.01mol，由Fe元素守恒可得FeSO4•7H2O的物质的量为0.01mol，
故FeSO4•7H2O的质量分数为：$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案为：97.54%．

点评 本题通过化学工艺流程考查探究物质组成、测量物质含量的方法，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，注意分析试剂线、操作线、反应线，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础．

练习册系列答案
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9．如图所示铜锌原电池T作时，下列叙述不正确的是（　　）
A．负极反应为：2n-2e -═2n2+B．电池反应为：Zn+Cu2+═Zn2++Cu
C．盐桥中酌K+移向ZnSO4溶液D．在外电路中，电子从负极流向正极
10．在0.2L由NaCl、MgCl2、BaCl2组成的混合溶液中，部分离子浓度大小如图所示，对于该溶液成分，下列说法不正确的是（　　）
A．NaCl的物质的量为0.2mol
B．溶质MgCl2的质量为9 g
C．该混合液中BaCl2的物质的量为0.1mol
D．将该混合液加水稀释至体积为1 L，稀释后溶液中的Ba2+物质的量浓度为0.1mol/L
12．亚硝酸钠（NaNO2）被称为工业盐，在漂白、电镀等方面应用广泛．以木炭、浓硝酸、水和铜为原料制备亚硝酸钠的装置如图所示．已知：室温下，①2NO+Na2O2═2NaNO2；②3NaNO2+3HCl═3NaCl+HNO3+2NO↑+H2O；③酸性条件下，NO或NO2-都能与MnO4-反应生成NO3-和Mn2+．
请按要求回答下列问题：
（1）检查完该装置的气密性，装入药品后，实验开始前通入一段时间气体X，然后关闭弹簧夹，再滴加浓硝酸，加热A控制B中导管均匀地产生气泡．则X为氩气，上述操作的作用是防止生成的NO被O2氧化；
（2）B装置中反应的化学方程式为3NO2+H2O=2HNO3+NO↑；
（3）D装置中反应的离子方程式为5NO+3MnO4-+4H+=3Mn2++5NO3-+2H2O；
（4）预测C中反应开始阶段，固体产物除NaNO2外，还含有的副产物有Na2CO3和NaOH，为避免产生这些副产物，应在B、C装置间增加装置E，则E中盛放的试剂名称为碱石灰；
（5）利用改进后的装置，将4.68g Na2O2完全转化成为NaNO2，理论上至少需要木炭0.72g，为提高NaNO2的产量，在不改变实验装置的条件下，可在B中加入Cu物质．
19．铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，下图是从铝土矿中制备铝的工艺流程：

已知：（1）铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质；
（2）溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为：
2Na2SiO3+2NaAlO2+2H2O=Na2Al2Si2O8↓+4NaOH
回答下列问题：
（1）写出向铝土矿中加入足量氢氧化钠溶液操作中发生反应的离子方程式：Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O；SiO2+2OH-═SiO32-+H2O．
（2）滤渣A的主要成分为Fe2O3、Na2Al2Si2O8；滤渣A的用途是作炼铁的原料（或作生产硅酸盐产品的原料）（只写一种）；实验室过滤时使用玻璃棒，其作用是引流．
（3）在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因是：将NaAlO2完全转化为Al（OH）3．
（4）若将铝溶解，下列试剂中最好选用B（填编号）．
A．浓硫酸               B．稀硫酸                 C．稀硝酸．
9．光气（COCl2）在塑料、制革、制药等工业中有许多用途，工业上采用高温下CO与Cl2在活性炭催化下合成．
（1）实验室中可用氯仿（CHCl3）与双氧水直接反应制备光气，其反应的化学方程式为CHCl3+H2O2=HCl+H2O+COCl2；
（2）COCl2的分解反应为COCl2（g）═Cl2（g）+CO（g）△H=+108kJ/mol．反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示（第10min到14min的COCl2浓度变化曲线来示出）：

①计算反应在第8min时的平衡常数K=0.234mol/L
②比较第2min反应温度T（2）与第8min反应温度（T8）的高低：T（2）＜T（8）（填“＜”、“＞”或“=”）；
③若12min时反应于温度T（8）下重新达到平衡，则此时c（COCl2）=0.031mol/L；
④比较产物CO在2～3min、5～6min和12～13min时平均反应速率[平均反应速率分别以v（2-3）、v（5-6）、v（l2-13）表示]的大小v（5～6）＞v（2～3）=v（12～13）；
⑤比较反应物COCl2在5-6min和15-16min时平均反应速率的大小：v（5-6）＞v（15-16）（填“＜”、“＞”或“=”），原因是在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大．
16．AlCl3常作为有机合成和石油工业的催化剂，并用于处理润滑油等．
已知无水AlCl3是白色晶体，易吸收水分，在178℃升华．装有无水AlCl3的试剂瓶久置潮湿的空气中会自动爆炸并产生大量白雾．工业上由金属Al和氯气作用制取，或由无水HCl气流与熔融金属Al作用而制得．
某课外兴趣小组在实验室里通过下列装置制取少量纯净的无水AlCl3．（其中B中盛有饱和食盐水）

（1）写出无水HCl气流与熔融金属Al作用的化学方程式6HCl+2Al$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2AlCl3+3H2↑
（2）A装置中发生的反应的离子方程式为：MnO2+4H++2Cl-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn2++Cl2↑+2H2O．
（3）若要收集一集气瓶纯净的氯气，从A到F装置中选取装置进行重新组装，必须依次选用的装置是A、B、C、E、F
（4）若用如图装置来制备纯净的AlCl3，还缺少的实验仪器是酒精灯，画出装置图F并标注所盛药品
（5）在D管内发生反应的化学方程式为：2Al+3Cl2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2AlCl3．
（6）无水AlCl3在潮湿空气中会产生大量白雾，有关反应的化学方程式为：AlCl3+3H2O═Al（OH）3+3HCl．
（7）若D中放入炽热的焦炭，由A装置导出的氯气只经过 B 后就直接进入 D管，在D管中生成气体甲和气体乙，已知气体甲能使澄清石灰水变浑浊，写出D管中发生的反应C+2Cl2+2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2+4HCl．
（8）将D管中产生的气体（不考虑多余的氯气）持续通入含物质的量为b mol的NaAlO2溶液中，能观察到先沉淀后溶解，通入的气体从开始沉淀到沉淀刚好完全溶解，消耗气体总物质的量最少是4bmol．
13．碱式硫酸铁是一种新型高效絮凝剂，常用于污水处理，在医疗上也可用于治疗消化性溃疡出血．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下所示：

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表所示：
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3
开始沉淀2.37.53.4
完全沉淀3.29.74.4
请回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO3的目的是调节溶液的pH，除去Al3+，①pH的范围4.4-7.5
②写出可能发生的离子方程式：Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑
（2）在实际生产中，反应Ⅱ中常同时通入O2，以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作氧化剂；若参与反应的O2有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO2的物质的量为2mol

（3）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）2+可部分水解生成Fe2（OH）42+，该水解反应的离子方程式为2Fe（OH）2++2H2O?Fe2（OH）42++2H+
（4）现以CO、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池，采用电解法制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示，其中Y为CO2．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式CO+CO32--2e-=2CO2
写出电解池中生成FeO42-的电极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O．
14．2008年北京奥运会“祥云”奥运火炬所用为环保型燃料丙烷（C3H8），悉尼奥运会所用火炬燃料为65%丁烷（C4H10）和35%丙烷，已知：
CO：2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
丙烷：C3H8（g）+5O2（g）═3CO2（g）+4H2O（l）△H=-2221.5kJ/mol
正丁烷：C4H10（g）+6.5O2（g）═4CO2（g）+5H2O（l）△H=-2878.0kJ/mol
异丁烷：C4H10（g）+6.5O2（g）═4CO2（g）+5H2O（l）△H=-2869.6kJ/mol
下列有关说法正确的是（　　）
A．常温下，正丁烷的燃烧热为-2878.0 kJ/mol
B．相同质量的丙烷和丁烷分别完全燃烧，前者需要的氧气多，产生的热量也多
C．常温下，CO的燃烧热为566.0 kJ/mol
D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的

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