Question

7．聚合硫酸铁（PFS）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理．现用一定质量的铁的氧化物（如图）为原料来制取聚合硫酸铁，为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe ²⁺．实验步骤如下：

（1）实验室用18.4mol•L^-1的浓硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需250mL容量瓶、胶头滴管．
（2）在步骤（1）配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液过程中，下列操作会使配置的溶液的浓度偏高的是BC
A．用量筒量取浓硫酸时，俯视读数
B．把量筒中的浓硫酸转移到烧杯中稀释后，用少量蒸馏水洗涤一下量筒内壁，同时把洗涤液也转移到烧杯中
C．稀释后的硫酸溶液及时用玻璃棒引流转移到容量瓶中
D．移夜时容量瓶内壁未干燥，残留有水
（3）写出步骤Ⅳ中用NaClO₃氧化时的离子方程式6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O（提示：ClO₃^-转化为Cl^-）；已知1mol HNO₃的价格为0.16元，1mol NaClO₃的价格为0.45元，评价用HNO3代替NaClO₃作为氧化剂的利弊，利是原料成本较低，弊是产生气体对大气有污染．
（4）为了分析产品聚合硫酸铁溶液中SO₄^2-与Fe³⁺ 物质的量之比，有人设计了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，白色沉淀经过过滤、洗涤、干燥后，称重，其质量为m g．
（b）另取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量铜粉，充分反应后过滤、洗涤，将滤液和洗液合并配成250mL溶液，取该溶液25.00mL，用KMnO₄酸性溶液滴定，到达终点时用去0.1000mol/L KMnO₄标准溶液VmL．反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
回答下列问题：
①判断（a）步骤溶液中SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全_；
②在（b）步骤中判断达到终点的现象是溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色；
③聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量之比为$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$（用含m、V的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）根据配制一定量分数溶液的步骤：计算、称量、溶解，确定所用的仪器；
（2）滴定过程中产生的误差依据滴定原理就是式分析，c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$，把产生的误差全部归纳为标准溶液消耗的体积判断产生的误差；
（3）根据氧化还原反应中化合价升降相等以及电荷守恒、质量守恒来解答，从环保和成本方面考虑；
（4）①判断SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②达到终点时高锰酸钾过量，溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色；
③分别求出聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量（用含m、V的代数式表示）．

解答 解：（1）配制一定量分数硫酸溶液需要的仪器有：胶头滴管、量筒、玻璃棒、烧杯．
故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）因滴定过程中产生的误差依据滴定原理就是式分析，c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$，
A．用量筒量取浓硫酸时，俯视读数，量取的浓硫酸体积减小，配制得到的溶液浓度减小，故A错误；
B．把量筒中的浓硫酸转移到烧杯中稀释后，用少量蒸馏水洗涤一下量筒内壁，同时把洗涤液也转移到烧杯中，避免了溶质的损失，故B正确；
C．稀释后的硫酸溶液及时用玻璃棒引流转移到容量瓶中，硫酸溶解放热形成的热溶液未经冷却，会导致溶液体积增大，冷却到常温下容量瓶中 溶液体积未达到刻度，溶液浓度增大，故C正确；
D．移液时容量瓶内壁未干燥，残留有水，对测定结果无影响，故D错误；
故答案为：BC；
（3）Fe²⁺由+2价升高到+3价，ClO₃^-中Cl的化合价从+5价降低到-1价，得6Fe²⁺+ClO₃^-+H⁺--6Fe³⁺+Cl^-，由电荷守恒、质量守恒得：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，从环保和成本方面考虑利是原料成本较低，弊是产生气体对大气有污染．
故答案为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； 原料成本较低；产生气体对大气有污染；
（4））①判断SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全，
故答案为：取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②达到终点时高锰酸钾过量，溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色，
故答案为：溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色  
③25mL溶液中含聚合硫酸铁中SO₄^2-的物质的量为：$\frac{m}{233}$mol，
设Fe³⁺的物质的量为x：
         5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
                1        5
  0.1mol/L×0.001VL     $\frac{x}{10}$
解得x=$\frac{V}{200}$mol，
聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量之比为$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$，
故答案为：$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$．

点评 本题以铁及其化合物为载体，以流程图形式考查了氧化还原反应知识、元素化合物的知识，注意风险过程和实验基本操作的分析，掌握基础是解题关键，题目难度中等．