Question

14．易溶于水的三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于摄影和蓝色印刷．以铁屑为原料的制备流程如图1：

请回答下列问题：
（1）铁屑中常含硫元素，加稀硫酸时会产生有毒的H₂S气体，可用氢氧化钠溶液吸收，下列吸收装置正确的是图2中的A．

（2）制得的FeSO₄溶液中需加入少量的H₂SO₄酸化，目的是防止Fe²⁺的水解．若要从溶液中得到绿矾FeSO₄•7H₂O，必须进行的实验操作是bcae（按顺序填写）．
a．过滤洗涤  b．蒸发浓缩  c．冷却结晶  d．灼烧  e．干燥
（3）该晶体盐在110℃可完全失去结晶水，继续升高温度可发生分解反应．
①分解得到的气体产物用如图3装置进行实验

装置检查气密性后，先通一段时间N₂，其目的为排出装置中的空气，防止干扰实验结果．结束实验时先熄灭酒精灯再通入N₂至常温，其目的为防止液体回流（或倒吸）．实验过程中观察到B、F中澄清石灰水都变浑浊，E中有红色固体生成，则气体产物是CO₂、CO．
②分解得到的固体产物含有K₂CO₃、FeO、Fe，加水溶解、过滤、洗涤、干燥，得到含铁样品．现设计下列三种实验方案对该样品进行铁元素含量测定．
【甲】a g样品$→_{搅拌}^{足量稀硝酸}$溶液$→_{搅拌}^{足量NaOH}$$→_{烘干灼烧}^{过滤洗涤}$得固体b g
【乙】a g样品$→_{搅拌}^{足量稀硫酸}$$\stackrel{测量气体体积}{→}$量气测得气体体积V_a mL
【丙】a g样品$→_{溶解配制}^{足量稀盐酸}$250mL溶液$→_{用酸性KMnO_{4}溶液滴定}^{每次取25mL溶液}$三次平均消耗0.1mol•L^-1酸性KMnO₄溶液V_b mL
你认为以上方案中丙无法确定样品的组成，理由是使用盐酸溶解样品，氯离子也可以被高锰酸根离子氧化．
【甲】方案中测得铁元素的含量是$\frac{7b}{10a}$×100%（用含有a、b的代数式表达）

Answer 1

分析 （1）洗气装置中导气管应该采用“长进短出”原则；
（2）Fe²⁺易水解导致溶液浑浊，酸能抑制Fe²⁺水解；
若要从溶液中得到绿矾FeSO₄•7H₂O，应该采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥操作；
（3）三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体在110℃可完全失去结晶水，继续升高温度可发生分解反应，根据元素守恒推测得到的产物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，A加热三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体分解，B装置澄清石灰水检验二氧化碳存在，C足量氢氧化钠吸收二氧化碳，D浓硫酸干燥气体，E中有黑色氧化铜，实验现象B中有沉淀出现，则证明有二氧化碳产生，F中溶液均变浑浊，则E中发生一氧化碳还原氧化铜的反应，现象是粉末由黑色变为红色，红色固体生成，则证明有一氧化碳生成；
①根据实验原理生成的金属铜能被氧气氧化，应将装置中的空气排净，注意装置的倒吸现象；
②高锰酸钾具有氧化性，能将氯离子氧化，这样会干扰实验结果，对比三项试验方案得到结论；
根据Fe元素混合计算Fe元素质量，根据质量分数公式计算其质量分数．

解答 解：（1）洗气装置中导气管应该采用“长进短出”原则，符合条件的是A，故选A；
（2）Fe²⁺易水解导致溶液浑浊，酸能抑制Fe²⁺水解，为防止亚铁离子水解，应该加入少量稀硫酸；
若要从溶液中得到绿矾FeSO₄•7H₂O，应该采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥操作，
故答案为：防止Fe²⁺的水解；bcae；
（3）①三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体在110℃可完全失去结晶水，继续升高温度可发生分解反应，根据元素守恒推测得到的产物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，一氧化碳还原氧化铜，得到的金属铜可被氧气氧化，所以实验开始先通一段时间N₂，将装置中的空气排净，实验结束时，为防止倒吸，应该先熄灭酒精灯再通入N₂至常温，实验过程中观察到B、F中澄清石灰水都变浑浊，即证明二氧化碳产生，E中有红色固体生成，证明还原性的气体CO的产生，
故答案为：排除装置中的空气，防止干扰实验结果；防止液体回流（或倒吸）；CO₂、CO；
②在实验方案丙中，先是用盐酸溶解，最后加入高锰酸钾后，高锰酸钾具有氧化性，能将亚铁离子以及氯离子氧化，这样会导致得到的亚铁离子的含量偏高，干扰实验结果，无法确定样品的组成；
甲中样品溶解过程中亚铁离子被氧化生成铁离子，Fe ³⁺和OH^-反应生成Fe（OH）₃沉淀，灼烧沉淀得到固体是Fe₂O₃，
根据Fe原子守恒得n（Fe）=2n[Fe₂O₃]=2×$\frac{bg}{160g/mol}$=$\frac{b}{80}$mol，
则样品中Fe元素质量分数=$\frac{\frac{b}{80}mol×56g/mol}{ag}$×100%=$\frac{7b}{10a}$×100%，
故答案为：丙方案；使用盐酸溶解样品，氯离子也可以被高锰酸根离子氧化；$\frac{7b}{10a}$×100%．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及物质的分离和提纯、实验基本操作、物质的量的有关计算等知识点，明确物质性质、物质性质与其分离提纯方法关系、实验基本操作规范性是解本题关键，易错点是（3）题实验评价，注意：盐酸能被酸性高锰酸钾溶液氧化，题目难度中等．