Question

15．三氯化铁广泛应用于污水处理、五金蚀刻及有机工业的催化剂、氧化剂和氯化剂等．
（1）现用mg废铁屑（Fe₂O₃）制取FeCl₃•6H₂O晶体，并测定废铁屑中铁的质量分数，实验装置如图（夹持装置略）．反应开始前至A中固体完全消失时，依次进行下列操作：
①缓慢滴加足量盐酸
②关闭弹簧夹K₁、打开K₂并关闭活塞a
③打开弹簧夹K₁、关闭K₂并打开活塞a
正确的操作顺序是③①②（填序号）；当A中溶液完全进入烧杯后，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和2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（2）实验测得B中所得的气体VmL（标准状况），由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是$\frac{V}{400m}$，该数值比实际数值偏低，若实验过程操作无误，偏低的原因是：Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．
（3）另取mg废铁屑和CO气体在加热时充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是wg，由此求出铁的准确质量分数是$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%（用含m和w的式子表示，无需化简）．

Answer 1

分析 （1）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，写出反应的离子方程式；
（2）“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；
（3）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）当A中固体完全消失，铁完全和盐酸反应后，反应结束，铁与盐酸反应的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，；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溶液，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，生成的氯化铁作催化剂，使双氧水分解生成气体，反应的方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，收集测定生成的氧气体积，结合反应的定量关系计算，操作步骤如下：
Ⅰ．打开弹簧夹K₁、关闭弹簧夹K₂，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸．
Ⅱ．当A中固体完全消失时，关闭弹簧夹K₁、打开弹簧夹K₂，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a．
Ⅲ．将烧杯中溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到FeCl₃•6H₂O晶体，所以依次进行下列操作：
①缓慢滴加足量盐酸
②关闭弹簧夹K₁、打开K₂并关闭活塞a
③打开弹簧夹K₁、关闭K₂并打开活塞a
正确的操作顺序是③①②，
故答案为：③①②；无色溶液逐渐变黄，有气泡产生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（2）由于废铁屑中含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子能够和铁反应，导致铁减少，置换的氢气体积减少，
故答案是：Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少；
（3）mg废铁屑中的氧化铁被还原后质量变成wg铁，质量差（m-w）g就是氧化铁中氧元素的质量，设废铁屑中氧化铁的质量为x
Fe₂O₃～3O
160   48
x    （m-w）g
x=$\frac{160（m-w）g}{48}$=$\frac{10（m-w）}{3}$g，
铁屑中铁的质量分数为：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%，
故答案为：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×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．