题目内容

2．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，为此设计了如下装置（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\;}}{\;}$2H2O+O2↑．
（3）操作Ⅲ不采用直接加热制FeCl3•6H2O晶体的原因是Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+，加热会促进FeCl3水解，产生Fe（OH）3（用简要文字并结合离子方程式解释）．
（4）测得B中所得的气体是VmL（标准状况时），由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是$\frac{V}{400m}$，该数值比实际数值偏低，若实验过程操作无误，偏低的原因是Fe3+和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．
（5）为了准确测定铁的质量分数，可以另取mg废铁屑和某种常见的还原性气体在加热时充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是wg由此求出铁的准确质量分数是$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$（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}{46}$mol，
铁的质量分数为$\frac{m-\frac{m-w}{48}×160}{m}$=$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$，
故答案是：$\frac{m-\frac{160（m-w）}{48}}{m}$．

点评 本题考查了铁屑中铁的质量分数和制取氯化铁晶体，为高频考点，侧重于学生的分析、实验和计算能力的考查，题目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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