Question

某课外学习小组为探究硫酸亚铁晶体（FeSO₄?7H₂O）制备及影响因素，进行如下实验．
Ⅰ．制取硫酸亚铁溶液
称取一定量铁屑，放入烧瓶中，加入25mL 3mol?L^-1硫酸，用酒精灯加热．
（1）加热一段时间后，发现烧瓶中溶液变黄并产生能使品红溶液褪色的气体．产生该现象的原因是

 

（用化学方程式表示）．
（2）制备过程中，铁需过量的原因是

 

．
Ⅱ．实验改进
该小组同学发现以上实验不完善，查阅资料后，对实验做如下改进：①反应前通入氮气；②水浴加热，控制温度50～60℃；③实验中适当补充硫酸调节pH=2；④增加尾气吸收装置．改进装置如图1（夹持和加热装置略去）．

（3）实验中采用水浴加热，除了便于控制温度外，还有的优点是

 

．
（4）调节pH=2目的是

 

．
（5）如图2装置适合尾气吸收的是

 

（填序号）．
Ⅲ．晶体纯度测定
（6）烧瓶中的溶液经处理得硫酸亚铁晶体．准确称取晶体0.5000g置于锥形瓶中，加入10mL 3mol?L^-1硫酸溶液和15mL新煮沸过的蒸馏水进行溶解，立即用0.02000mol?L^-1高锰酸钾标准溶液滴定，消耗标准溶液体积的平均值为16.90mL．（已知：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）
①高锰酸钾标准溶液应盛装在

 

滴定管（填“酸式”或“碱式”）．
②获得硫酸亚铁晶体的纯度为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验设计题

分析：I．（1）加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成二氧化硫、硫酸铁和水；
（2）亚铁离子易被空气中的氧气氧化；
II．（3）水浴加热受热均匀，便于控制加热温度；
（4）亚铁离子水解显酸性，增大氢离子浓度水解平衡逆移；
（5）吸收尾气要防倒吸；
III．（6）①高锰酸钾具强氧化性，能腐蚀碱式滴定管中的橡胶管；
②根据消耗的高锰酸钾的体积求出其物质的量，再根据反应方程式求出硫酸亚铁的物质的量，然后求出质量和质量分数．

解答： 解：I．（1），加热一段时间后，发现烧瓶中溶液变黄并产生能使品红溶液褪色的气体，是因为加热条件下，浓硫酸与Fe反应生成二氧化硫、硫酸铁和水，其反应的化学方程式为：2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；
（2）亚铁离子易被空气中的氧气氧化，生成三价铁离子，加过量的铁粉，铁粉能把三价铁离子还原为亚铁离子，所以过量的铁粉防止Fe²⁺被氧化；
故答案为：防止Fe²⁺被氧化；
II．（3）用水浴加热时便于控制加热温度，烧瓶与水接触的地方均能被加热，而且加热温度相同，所以水浴加热可以使烧瓶受热均匀；
故答案为：均匀受热；
（4）亚铁离子水解显酸性，增大氢离子浓度水解平衡逆移，抑制亚铁离子水解，所以调节pH=2目的是抑制Fe²⁺的水解；
故答案为：抑制Fe²⁺的水解；
（5）二氧化硫易溶于水，吸收尾气要防倒吸，所以要选择BC；
故答案为：BC；
III．（6）①高锰酸钾具有强氧化性，能腐蚀碱式滴定管中的橡胶管，所以要用酸式滴定管量取；
故答案为：酸式；
②5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
  5mol           1mol
  n（Fe²⁺）   0.02000mol?L^-1×0.0169L
则n（Fe²⁺）=5mol×0.02000mol?L^-1×0.0169L=0.00169mol，
硫酸亚铁晶体的纯度为：

0.00169mol×278g/mol

0.5g

×100%=93.96%；
故答案为：93.96%．

点评：本题考查了物质制备方案设计，涉及物质之间的反应、盐的水解尾气处理、物质的量的计算和质量分数的求算等，题目难度中等，侧重于基础知识的综合应用的考查，注意对基础知识的积累．