Question

3．铁及其化合物在日常生活中很常见
（1）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如图1：

回答下列问题：
①操作II所包含的两项主要基本操作是过滤、洗涤． 上述流程中，Fe（OH）₂转化成Fe（OH）₃时的化学方程式为4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃．
②将FeCl₂溶液高温水解、氧化也可直接制得氧化铁，请写出反应的化学方程式：4FeCl₂+4H₂O+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8HCl．
（2）有些同学认为用KMnO₄溶液能进行绿矾（FeSO₄•7H₂O）产品中铁元素含量的测定，反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，该滴定过程中否（填“是”或“否”）还需要指示剂．
实验步骤如下：
a．考虑绿矾产品可能因为保存不当被空气中氧气所氧化，所以事先取少量绿矾产品溶于水，滴加KSCN溶液进行验证．
b．称取2.850g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容
c．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中
d．用硫酸酸化的0.01000mol•L^-1KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL
请完成下列问题：
①实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需250mL容量瓶．
②某同学设计的图2下列滴定方式，最合理的是b．（夹持部分略去）（填字母序号）

③计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为97.5%．

Answer 1

分析 （1）①铁屑用纯碱溶液洗去油污，加稀硫酸充分反应，经过过滤分离，在滤液中加入氨水得到氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁，再经过过滤、洗涤，然后再干燥，灼烧得到氧化铁；
②将FeCl₂溶液高温水解、氧化也可直接制得氧化铁，需要有氧气参与反应，反应还生成HCl；
（2）高锰酸钾溶液具有强氧化性，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，滴入最后一滴酸性高锰酸钾溶液，若溶液变红色，说明亚铁离子反应完全，滴定到达终点；
步骤a：Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，用KSCN溶液检验是否含有Fe³⁺；
①配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需250 mL容量瓶；
②酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，盛放在酸式滴定管中，硫酸亚铁溶液呈酸性，应用酸式滴定管盛放，且向锥形瓶滴加硫酸亚铁溶液，与空气接触增大，会被氧气氧化，导致误差增大；
③根据离子方程式计算n（Fe²⁺），由Fe元素守恒可知n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺），再根据m=nM计算m（FeSO₄•7H₂O），进而计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：（1）①铁屑用纯碱溶液洗去油污，加稀硫酸充分反应，经过过滤分离，在滤液中加入氨水得到氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁，再经过过滤、洗涤，然后再干燥，灼烧得到氧化铁，则：操作Ⅱ所包含的两项主要基本操作是：过滤、洗涤，上述流程中，Fe（OH）₂转化成Fe（OH）₃时的化学方程式为：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，
故答案为：过滤、洗涤；4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃；
②将FeCl₂溶液高温水解、氧化也可直接制得氧化铁，需要有氧气参与反应，反应还生成HCl，反应方程式为：4FeCl₂+4H₂O+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8HCl，
故答案为：4FeCl₂+4H₂O+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8HCl；
（2）高锰酸钾溶液具有强氧化性，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身为还原为Mn²⁺，反应离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，高锰酸钾为紫色，当滴定到终点时，Fe²⁺被完全氧化，加入的最后一滴高锰酸钾不反应，溶液的颜色变浅紫红色，不需要另外加入指示剂，
步骤a，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，所以事先取少量绿矾产品溶于水，滴加KSN溶液进行验证，若溶液变红色，说明被氧化，否则未被氧化，
①配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需250 mL容量瓶；
②酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，盛放在酸式滴定管中，样品硫酸亚铁溶液呈酸性，应用酸式滴定管盛放，且向锥形瓶滴加硫酸亚铁溶液，与空气接触增大，会被氧气氧化，导致误差增大，故b最合理；
③n（MnO₄^-）=0.01000mol/L×0.02L=2×10^-4mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知n（Fe²⁺）=5×2×10^-4mol=1×10^-3mol，
所以250mL溶液中含有知n（Fe²⁺）=1×10^-3mol×$\frac{250mL}{25mL}$=1×10^-2mol，
则m（FeSO₄•7H₂O）=278g/mol×1×10^-2mol=2.78g，
样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{2.78g}{2.850g}$×100%=97.5%，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；否；a．KSCN；①250mL容量瓶；②b；③97.5%．

点评 本题考查化学工艺流程、物质的分离提纯、氧化还原滴定应用、溶液配制等，清楚实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，难度中等．