题目内容

14．氯化铁是实验室中的重要试剂．某同学用m g含有铁锈（Fe2O3）的废铁屑来制取FeCl3•6H2O晶体，同时测定废铁屑中铁的质量分数，为此设计了如图装置（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FeCl3•6H2O晶体．
请回答：
（1）A中发生的置换反应的化学方程式是Fe+2HCl=FeCl2+H2↑．
（2）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，相应的离子方程式和化学方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，、2H2O2 $\frac{\underline{\;氯化铁\;}}{\;}$2H2O+O2↑．
（3）操作Ⅲ不采用直接加热制FeCl3•6H2O晶体的原因是Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+，加热会促进FeCl3水解，产生Fe（OH）3（用简要文字并结合离子方程式解释）．
（4）测得B中所得的气体是VmL（标准状况时），由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是QUOTE，该数值比实际数值偏低，若实验过程操作无误，偏低的原因是Fe3+和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．
（5）为了准确测定铁的质量分数，可以另取mg废铁屑和某种常见的还原性气体在加热时充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是wg由此求出铁的准确质量分数是$\frac{10w-7m}{3m}$×100%（用含m和w的式子表示）．

分析 （1）铁和盐酸反应生成氢气和氯化亚铁的化学方程式；
（2）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；
（3）直接加热氯化铁溶液，三价铁离子会发生水解生成氢氧化铁沉淀，无法制取氯化铁晶体；
（4）“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；
（5）根据质量减少的部分就是氧化铁中氧元素的质量，求出氧化铁的物质的量，再计算出铁的质量分数．

解答 解：（1）铁与盐酸反应的方程式是：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑，故答案是：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；
（2）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{\;氯化铁\;}}{\;}$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{\;氯化铁\;}}{\;}$2H2O+O2↑；
（3）由于氯化铁溶液中存在反应Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+，该反应吸热，加入会促进水解，生成了氢氧化铁沉淀，无法制取氯化铁晶体，
故答案是：Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+，加热会促进FeCl3水解，产生Fe（OH）3；
（4）由于废铁屑中含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子能够和铁反应，导致铁减少，置换的氢气体积减少，
故答案是：Fe3+和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少；
（5）mg废铁屑中的氧化铁被还原后质量变成wg铁，质量差（m-w）g就是氧化铁中氧元素的质量，n（O）=$\frac{m-w}{16}$mol，n（Fe2O3）=$\frac{1}{3}$×n（O）=$\frac{m-w}{48}$mol，
铁的质量分数为：$\frac{m-\frac{m-w}{48}×160}{m}$×100%=$\frac{10w-7m}{3m}$×100%，
故答案是：$\frac{10w-7m}{3m}$×100%．

点评 本题考查了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，本题难度中等．

练习册系列答案
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10．生石灰常用于治理酸性废水，下列说法合理的是（　　）
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5．已知X、Y、Z都是短周期元素，它们的原子序数依次递增，X原子的电子层数与它的核外电子总数相等，而Z原子的最外层电子数是次外层的3倍，Y和Z可以形成两种以上气态化合物，则下列说法错误的是（　　）
A．Z的氢化物的沸点是同主族元素中最高的
B．由X、Y、Z三种元素中的任意两种组成的具有10电子的微粒只有2种
C．仅由X、Y两种元素组成的化合物不止一种
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2．甲、乙、丙三位同学分别用如下实验装置及化学药品[碱石灰（氢氧化钠和生石灰的混合物）]制取氨气．请你参与探究，并回答问题：
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（3）三位同学用上述装置制取氨气时，其中有一位同学没有收集到氨气（实验操作都正确），你认为没有收集到氨气的同学是乙填（“甲”“乙”或“丙”）．
（4）三位同学都认为他们的实验装置还可用于加热碳酸氢铵固体来制取纯净的氨气，你判断能够达到实验目的是丙（填“甲”“乙”或“丙”）．
（5）检验氨气是否收集满的方法是（简述操作方法、现象和结论）将湿润的红色石蕊试纸置于管口，若试纸变蓝，则说明已收集满（或用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟产生，则证明已收集满）．
9．铜、镓、硒、硅等元素的化合物是生产第三代太阳能电池的重要材料．请回答：
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19．用如图装置进行实验，下列预期实验现象及相应结论均正确的是（　　）
ab预期实验
现象		结论
A铜丝浓硝酸试管c中有大量红棕色气体硝酸有强氧化性
B木条18.4mol/L
硫酸		木条变黑浓硫酸有酸性及
氧化性
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D铁丝含少量HCl的H2O2溶液试管c中有大量无色气体该反应中铁作催化剂
A．AB．BC．CD．D
6．A、B、C、D、E、F均为短周期元素，且原子序数依次增大，A是原子半径最小的元素，B的最高价氧化物的水化物可与其氢化物反应形成离子化合物甲；A与D可以按照原子个数比4：1形成化合物乙，且乙分子中含有18个电子，E与B同主族，C的阳离子与F的阴离子相差一个电子层，且可形成离子个数比为2：1的离子化合物丙．
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（2）下列说法正确的有①②③．
①化合物乙分子中只含有极性共价键
②C、D、E、F原子半径由大到小的顺序为C＞D＞E＞F
③B、E形成的氢化物中，B的氢化物更稳定
④化合物甲和化合物丙都含有离子键和共价键
（3）将F燃烧的产物通入BaCl2和HNO3的混合溶液中，生成白色沉淀并放出无色气体，请用一个离子方程式表示该反应3SO2+2NO3-+3Ba2++2H2O═3BaSO4↓+2NO↑+4H+．
（4）写出一个由以上元素构成的10电子微粒与18电子微粒反应的离子方程式2NH3+H2S═2NH4++S2-或NH3+HS-═NH4++S2-或NH3+H2S═NH4++HS-．
（5）甲溶液显酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”），原因是NH4++H2O?NH3•H2O+H+（用离子方程式表示）．
3．谚语“雷雨发庄稼”不包括下列哪个化学反应（　　）
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C．2NO+O2═2NO2D．3NO2+H2O═2HNO3+NO↑
4．下列指定反应的离子方程式正确的是（　　）
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B．NH4HCO3溶液中加过量NaOH溶液并加热：NH4++OH-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH3↑+H2O
C．用CH3COOH溶解CaCO3：CaCO3+2H+═Ca2++H2O+CO2↑
D．Cu溶于稀硝酸HNO3：Cu+2H++NO3-═Cu2++NO↑+H2O

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