Question

4．硫酸亚铁是一种重要的化工产品，在工业上有重要的用途．学生探究烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等）制备绿矾（FeSO₄•7H₂O式量为278），并进一步计算产品的纯度．工艺流程如下所示：

（1）烧渣在进行酸溶时用到的酸为硫酸．
（2）过程中灼烧时产生的气体通入下列溶液中，溶液不会褪色的是B
A．品红溶液    B．紫色石蕊溶液   C．酸性KMnO₄溶液  D．红色的酚酞试液
（3）X是铁粉，检验溶液Q中含有的金属阳离子的实验方法是取待测液于试管中，滴入几滴KSCN，无明显现象，滴入双氧水或氯水，溶液变血红色，则说明溶液中含有亚铁离子．
（4）操作III的操作步骤为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．（填操作名称）
（5）测定绿矾产品中Fe²⁺含量的实验步骤：
a．称取6.0g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0.01mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积为40.00mL．（滴定时发生反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
①标准液装在酸式滴定管中（填“酸式”或“碱式”），计算上述产品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为92.7%；
②若在a步操作中，进行定容时仰视刻度线定容，则会使测得的产品中FeSO₄•7H₂O的质量分数偏小．（填“偏大”“偏小”或“无影响”）．

Answer 1

分析 烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等）制备绿矾，为了减少引入新杂质，所以用硫酸溶解并通入足量氧气，反应后过滤得到滤渣M和溶液N，滤渣M中含硫，灼烧后会产生二氧化硫，溶液N中主要溶质为硫酸铁，加入足量的铁粉反应生成硫酸亚铁，过滤除去多余的铁粉，得到硫酸亚铁溶液，将硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾．
（1）本实验要制备绿矾，为了不引入新杂质，要用硫酸溶解；
（2）过程中灼烧时产生的气体为SO₂，具有还原性和漂白性及酸性氧化物的通性；
（3）根据流程分析可知，溶液N中主要溶质为硫酸铁，要制得绿矾要加铁粉，检验亚铁离子可以用KSCN溶液及氧化剂，看溶液颜色的变化；
（4）从硫酸亚铁溶液中得到绿矾，要将硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（5）①高锰酸钾有强氧化性，应用酸式滴定管，根据电子得失守恒有关系式KMnO₄～5FeSO₄•7H₂O，利用高锰酸钾的物质的量可以计算出FeSO₄•7H₂O的物质的量，进而确定质量分数；
②若在a步操作中，进行定容时仰视刻度线定容，则所得样品溶液浓度偏小，消耗的高锰酸钾的体积也会偏小，据此答题．

解答 解：烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等）制备绿矾，为了减少引入新杂质，所以用硫酸溶解并通入足量氧气，反应后过滤得到滤渣M和溶液N，滤渣M中含硫，灼烧后会产生二氧化硫，溶液N中主要溶质为硫酸铁，加入足量的铁粉反应生成硫酸亚铁，过滤除去多余的铁粉，得到硫酸亚铁溶液，将硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到绿矾．
（1）本实验要制备绿矾，为了不引入新杂质，要用硫酸溶解，
故答案为：硫酸；
（2）过程中灼烧时产生的气体为SO₂，具有还原性和漂白性及酸性氧化物的通性，能使品红褪色，能与酸性KMnO₄溶液发生氧化还原反应而使其褪色，能与碱反应使红色的酚酞试液褪色，不能使紫色石蕊溶液褪色，
故答案为：B；
（3）根据流程分析可知，溶液N中主要溶质为硫酸铁，要制得绿矾要加铁粉，反应的离子方程式为 Fe+2Fe³⁺=3 Fe²⁺，检验亚铁离子的方法是取待测液于试管中，滴入几滴KSCN，无明显现象，滴入双氧水或氯水，溶液变血红色，则说明溶液中含有亚铁离子，
故答案为：铁粉； 取待测液于试管中，滴入几滴KSCN，无明显现象，滴入双氧水或氯水，溶液变血红色，则说明溶液中含有亚铁离子；
（4）从硫酸亚铁溶液中得到绿矾，要将硫酸亚铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：冷却结晶；洗涤；
（5）①高锰酸钾有强氧化性，应用酸式滴定管，高锰酸钾的物质的量为0.01mol•L^-1×0.04L=0.0004mol，根据电子得失守恒有关系式KMnO₄～5FeSO₄•7H₂O，则6.0g产品中含有FeSO₄•7H₂O的质量0.0004mol×$\frac{250}{25}$×5×278g/mol=5.56g，所以FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{5.56g}{6g}$×100%=92.7%，
故答案为：酸式；92.7%；
②若在a步操作中，进行定容时仰视刻度线定容，则所得样品溶液浓度偏小，消耗的高锰酸钾的体积也会偏小，根据①的计算可知测得的产品中FeSO₄•7H₂O的质量分数偏小，
故答案为：偏小．

点评 本题考查较为综合，涉及物质含量的测定、制备实验方案的设计等知识，题目难度中等，注意常见化学实验操作方法及实验误差分析方法．