Question

3．医疗上绿矾（FeSO₄•7H₂O）是治疗缺铁性贫血的特效药．某化学兴趣小组对绿矾进行了如下的探究：
Ⅰ．[制备产品]
该小组由废铁屑（含少量氧化铜、氧化铁等杂质），用如图所示装置制备FeSO₄•7H₂O晶体，步骤如下：
（1）预处理：先将废铁屑加入到饱和Na₂CO₃溶液中洗涤，目的是洗去铁屑表面的油污，然后将废铁屑用水洗涤2～3遍．
（2）将洗涤后的废铁屑加入到圆底烧瓶中，并持续通入N₂，N₂的作用是排除装置中的空气或氧气．
（3）再加入足量稀硫酸，控制温度50℃～80℃之间，充分反应后，圆底烧瓶中剩余的固体为Cu．
（4）获取产品：先向步骤（3）中反应后的混合物中加入少许蒸馏水，趁热过滤，冷却；结晶．滤出晶体，用少量冰水洗涤2～3次，再用滤纸将晶体吸干，密闭保存．
Ⅱ．[测定FeSO₄•7H₂O含量]
（1）称取上述样品10.0g，溶于适量的稀硫酸中，配成100mL溶液，需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、量筒外，还需要的仪器有（填仪器名称）100mL 容量瓶、胶头滴管．
（2）准确量取25mL该液体于锥形瓶中，用0.1000mol/L KMnO₄标准溶液滴定，则滴定终点的判断方法是当最后一滴标准液滴入时，溶液变为紫红色，且30s保持不变．
（3）用同样的方法滴定3次，平均消耗10.00mL标准液，该样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为55.6%．（已知Mr（FeSO₄•7H₂O）=278）．
（4）若测量结果偏小，则可能是在定容时仰视（填“俯视”或“仰视”）读数．

Answer 1

分析 I．氧化铜、氧化铁与硫酸反应生成硫酸铜和硫酸铁，铁单质与硫酸铜和硫酸铁反应生成硫酸亚铁和铜单质．
（1）碳酸钠的水溶液显碱性，可以除去铁屑表面的油污；
（2）FeSO₄易被氧气氧化；
（3）氧化铜、氧化铁与硫酸反应生成硫酸铜和硫酸铁，铁单质与硫酸铜和硫酸铁反应生成硫酸亚铁和铜单质；
（4）过滤，冷却结晶可得FeSO₄•7H₂O晶体；
II．（1）根据配制溶液的步骤以及每步操作需要仪器确定反应所需仪器；
（2）可利用KMnO₄溶液自身的颜色作为指示剂判断滴定终点；
（3）Fe²⁺→Fe³⁺，铁元素化合价升高1价；MnO₄^-→Mn²⁺，锰元素降低5价，化合价升降最小公倍数为5，根据关系式5Fe²⁺～MnO₄^-，计算25mL该液体中Fe²⁺的物质的量，进而计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量，再根据质量分数定义计算；
（4）定容时仰视读取标准溶液体积偏大．

解答 解：I．（1）碳酸钠的水溶液显碱性，可以除去铁屑表面的油污，故答案为：洗去铁屑表面的油污；
（2）FeSO₄易被氧气氧化，持续通入N₂排除装置中的空气或氧气，故答案为：排除装置中的空气或氧气；
（3）氧化铜、氧化铁与硫酸反应生成硫酸铜和硫酸铁，铁单质与硫酸铜和硫酸铁反应生成硫酸亚铁和铜单质，故答案为：Cu；
（4）洗涤、过滤、冷却结晶可得FeSO₄•7H₂O晶体，故答案为：冷却；结晶；
II．（1）步骤为：计算→称量→溶液→转移→洗涤→定容→摇匀→装瓶→贴签，需要使用的仪器有：100mL 容量瓶，托盘天平、烧杯、玻璃棒、胶头滴管，量筒可用可不用，
故答案为：100mL 容量瓶；胶头滴管；
（2）可利用KMnO₄溶液自身的颜色作为指示剂判断滴定终点时，再滴加KMnO₄溶液时，溶液将由无色变为紫红色，
故答案为：当最后一滴标准液滴入时，溶液变为紫红色，且30s保持不变；
（3）测定样品中Fe²⁺的含量，采用在酸性条件下KMnO₄标准液滴定，Fe²⁺→Fe³⁺，铁元素化合价升高1价；MnO₄^-→Mn²⁺，锰元素降低5价，化合价升降最小公倍数为5，故Fe²⁺系数为5，MnO₄^- 系数为1，根据元素守恒可知Mn²⁺与Fe³⁺系数分别为1、5，根据电荷守恒可知缺项为H⁺，H⁺其系数为2+3×5-[2×5-1]=8，根据H元素守恒可知H₂O系数是4，所以反应离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
令Fe²⁺的物质的量为xmol，则：
5Fe²⁺～～～～～～MnO₄^-，
5               1
xmol         0.01L×0.1mol/L
所以x=$\frac{0.01×0.1mol/L×5}{1}$=0.005mol，
所以样品中FeSO₄•7H₂O的质量0.005mol×4×278g/mol=5.56g，所以4g产品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{5.56g}{10g}$×100%=55.6%，
故答案为：55.6%；
（4）定容时仰视体积偏大，浓度偏小，故答案为：仰视．

点评 本题考查物质的制备与含量的测定，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，题目难度中等．