Question

绿矾晶体（FeSO₄?7H₂O，M=278g/mol）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分．实验室利用硫酸厂的烧渣（主要成分为Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂），制备绿矾的过程如图1．

（上述过程所加试剂均过量）
试回答：
（1）操作I为

 

（填写操作名称）．
（2）试剂Y与溶液X反应的离子方程式为

 

．
（3）操作Ⅲ的顺序依次为：

 

、冷却结晶、过滤、

 

、干燥．
（4）某同学用酸性KMnO₄溶液测定绿矾产品中Fe²⁺含量：
a．称取11.5g绿矾产品，溶解，配制成1000mL溶液；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL．
①步骤a配制溶液时需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外，还需

 

．
②该同学设计的滴定方式（图2），最合理的是

 

（夹持部分略去）（填字母序号）
③滴定时发生反应的离子方程式为：

 

．
④判断此滴定实验达到终点的方法是

 

；若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO₄溶液液面，其它操作均正确，则使测定结果

 

（填“偏高”“偏低”“无影响”）．
⑤计算上述样品中FeSO₄?7H₂O的质量分数为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,中和滴定

专题：实验设计题

分析：（1）操作I后得到的是滤渣和溶液，为固液分离操作；
（2）烧渣在稀硫酸和氧气作用下得到溶液X，故溶液X的主要成分为稀硫酸和硫酸铁，要制取绿矾，故应加入铁粉，故试剂y为铁粉，铁和稀硫酸、硫酸铁发生的反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（3）操作Ⅲ的目的是从滤液中析出绿矾晶体，利用蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体；
（4）①根据配制1000mL一定物质的量浓度的溶液的仪器分析；
②高锰酸钾溶液具有强氧化性能氧化橡胶管，不能用碱式滴定管，应选用酸式滴定管；
③KMnO₄酸性溶液与Fe²⁺反应时被还原为Mn²⁺，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；
④根据反应结束时滴入高锰酸钾溶液溶液后颜色变化判断滴定终点；俯视导致读数偏小；
⑤根据反应方程式及高锰酸钾的物质的量计算出产品中FeSO₄?7H₂O的质量分数．

解答： 解：（1）操作I后得到的是滤渣和溶液，为固液分离操作，故为过滤，故答案为：过滤；
（2）烧渣在稀硫酸和氧气作用下得到溶液X，故溶液X的主要成分为稀硫酸和硫酸铁，要制取绿矾，故应加入铁粉，故试剂y为铁粉，铁和稀硫酸、硫酸铁发生的反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（3）溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，结晶析出，过滤洗涤干燥等，故操作Ⅲ的顺序依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩；洗涤；
（4）①根据配制100mL一定物质的量浓度的溶液的步骤及仪器分析，所需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外，还需1000mL容量瓶；
故答案为：1000mL容量瓶；
②高锰酸钾溶液具有强氧化性能氧化橡胶管，不能用碱式滴定管，应选用酸式滴定管，故答案为：b；
③KMnO₄酸性溶液与Fe²⁺反应时被还原为Mn²⁺，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺═Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
④当亚铁离子与高锰酸钾离子完全反应后，再滴入一滴高锰酸钾溶液，溶液会呈淡紫色，据此判断滴定终点；
若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO₄溶液液面，其他操作均正确，读数偏小，测定结果偏低；
故答案为：滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成紫色且半分钟内不再褪色；偏低；
⑤25mL待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为：0.01mol/L×0.02L=0.0002mol，
11.5g产品配成1000mL溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.0002mol×

1000

25

=0.008mol，
根据反应：5Fe²⁺+1MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，硫酸亚铁的物质的量为：0.008mol×5=0.04mol，
所以样品中含有的FeSO₄?7H₂O的质量为：278g/mol×0.04mol=11.12g，
FeSO₄?7H₂O的质量分数为：

11.12

11.5

×100%≈96.7%，
故答案为：96.7%．

点评：本题考查实验方案的设计与评价，难度较大，涉及分离混合物的实验方法设计和分析判断，滴定实验的分析判断，数据计算，误差分析等知识．要注意滴定终点判断的方法．