Question

【題目】自然界中有多種鐵礦石，如磁鐵礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）和菱鐵礦（FeCO3）等。鐵礦石是工業(yè)煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和氧元素，且雜質(zhì)不與稀硫酸反應(yīng)）。某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)某鐵礦石中鐵的價(jià)態(tài)和氧化物的化學(xué)式進(jìn)行探究。

（提出假設(shè)）

假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價(jià)鐵；

假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價(jià)鐵；

假設(shè)3：____。

（查閱資料）2KMnO4+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

（定性研究）

實(shí)驗(yàn)（一）

取鐵礦石樣品粉碎，盛裝于燒杯中，加入適量的X溶液，微熱，充分溶解后將濾液分成四份：

①向第一份溶液中滴加少量KSCN溶液；

②向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液；

③向第三份溶液中滴加少量KSCN溶液，再滴加適量雙氧水溶液；

④向第四份溶液中滴加適量氫氧化鈉溶液。

（1）上述X溶液是____（填“稀硝酸”、“稀硫酸”或“濃鹽酸”）；上述方案中，一定能證明鐵礦石中含+2價(jià)鐵的方案是____（填序號(hào)）。

（定量研究）

實(shí)驗(yàn)（二）鐵礦石中含氧量的測(cè)定：

①按圖組裝儀器，檢查裝置的氣密性；

②將5.0g鐵礦石放入硬質(zhì)玻璃管中，其他裝置中的藥品如圖所示（夾持裝置已略去）；

③A中開始反應(yīng)，不斷地緩緩向后續(xù)裝置中通入氫氣，待D裝置出口處氫氣驗(yàn)純后，點(diǎn)燃C處酒精燈；

④充分反應(yīng)后，撤掉酒精燈，再持續(xù)通入氫氣直至完全冷卻。

（2）按上述方案進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，假設(shè)各項(xiàng)操作都正確，但最終測(cè)得結(jié)果都偏高，請(qǐng)你提出改進(jìn)方案的建議：____。如果拆去B裝置，測(cè)得結(jié)果可能會(huì)___（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

（3）改進(jìn)方案后，測(cè)得反應(yīng)后D裝置增重1.35g，則鐵礦石中氧的百分含量為____。

若將H2換成CO，則還需補(bǔ)充____裝置。有同學(xué)認(rèn)為，不測(cè)定D裝置的凈增質(zhì)量，通過測(cè)定物理量____，也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/span>

實(shí)驗(yàn)（三）鐵礦石中含鐵量的測(cè)定：

（4）步驟④中煮沸的作用是____。

（5）步驟⑤中用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還有___。

（6）下列有關(guān)步驟⑥的說法中正確的是___（填序號(hào)）。

a.因?yàn)榈馑疄辄S色，所以滴定過程中不需要加指示劑

b.滴定過程中可利用淀粉溶液作為指示劑

c.滴定管用蒸餾水洗滌后可以直接裝液

d.錐形瓶不能用待裝液潤(rùn)洗

e.滴定過程中，眼睛應(yīng)注視滴定管中液面變化

f.滴定結(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復(fù)原來的顏色，再讀數(shù)

（7）若滴定過程中消耗0.5000molL-1的KI溶液20.00mL，則鐵礦石中鐵的百分含量為____。綜合實(shí)驗(yàn)（二）的結(jié)果，可以推算出該鐵礦石中鐵的氧化物的化學(xué)式為____。

Answer 1

【答案】鐵礦石中含+2、+3價(jià)鐵 稀硫酸 ② 裝置D后連接一個(gè)盛堿石灰的干燥管 偏高 24% 尾氣處理 裝置C反應(yīng)前后質(zhì)量變化 趕走溶液中溶解的過量的Cl2 250mL容量瓶 df 70% Fe5O6

【解析】

提出假設(shè)：依據(jù)假設(shè)1、2分析推斷假設(shè)3為鐵礦石中含+2、+3價(jià)鐵；

定性研究：（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性可能也會(huì)氧化亞鐵離子，濃鹽酸會(huì)被高錳酸鉀溶液氧化生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟②加入高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子；

定量研究：（2）分析裝置圖，最后堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣會(huì)進(jìn)入裝置D導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高；

（3）依據(jù)裝置D中水的質(zhì)量，結(jié)合氧元素守恒計(jì)算含氧元素質(zhì)量，得到鐵礦石中氧的百分含量；

（4）煮沸可以將水中的氣體趕走；

（5）根據(jù)稀釋液體和配制一定體積的溶液所選擇的儀器來回答；

（6）根據(jù)滴定試驗(yàn)以及滴定過程中的實(shí)驗(yàn)誤差分析知識(shí)來回答判斷；

（7）根據(jù)元素守恒和化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算出鐵的氧化物的化學(xué)式。

提出假設(shè)：假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價(jià)鐵；假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價(jià)鐵；依據(jù)假設(shè)1、2，結(jié)合鐵元素存在的化合價(jià)，分析推斷假設(shè)3為鐵礦石中含+2、+3價(jià)鐵，故答案為：鐵礦石中含+2、+3價(jià)鐵；

定性研究：（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性也會(huì)氧化亞鐵離子，濃鹽酸會(huì)把高錳酸鉀還原而使高錳酸鉀溶液褪色，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟②，向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，加入高錳酸鉀溶液褪色證明被還原，證明含有亞鐵離子，故答案為：稀硫酸；②；

定量研究：（2）該實(shí)驗(yàn)中，氫氣和氧化鐵反應(yīng)生成金屬鐵和水，水被堿石灰吸收，通過測(cè)定堿石灰增重的質(zhì)量計(jì)算氧的含量，分析裝置圖，堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，需在最后再連接一個(gè)裝有堿石灰的干燥管；若去掉裝置B，水蒸氣會(huì)進(jìn)入裝置D導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高；故答案為：裝置D后連接一個(gè)盛堿石灰的干燥管；偏高；

（3）依據(jù)水的質(zhì)量計(jì)算含氧元素質(zhì)量得到鐵礦石中氧的百分含量，測(cè)得反應(yīng)后裝置D增重1.35g，根據(jù)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，增加的是水的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：×100%=24%。一氧化碳有毒不能排放空氣中，若將H2換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣吸收裝置。若不測(cè)定D裝置的凈增質(zhì)量，通過測(cè)定物理量裝置C反應(yīng)前后質(zhì)量變化也可以計(jì)算含氧量，故答案為：24%；尾氣處理；裝置C反應(yīng)前后質(zhì)量變化；

（4）向鐵礦石中加入硫酸，發(fā)生反應(yīng)生成硫酸的鐵鹽溶液，過濾后溶液中含有硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸，通入過量的氯氣，把溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，煮沸后可以降低氯氣的溶解度，趕走溶液中溶解的過量的Cl2，故答案為：趕走溶液中溶解的過量的Cl2；

（5）將原溶液稀釋到250mL，需要使用的玻璃儀器儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，還缺少250mL容量瓶，故答案為：250mL容量瓶；

（6）a．碘水為黃色，三價(jià)鐵離子也是黃色溶液，滴定過程中需加指示劑，故a錯(cuò)誤；

b．滴定過程中，三價(jià)鐵可以和碘離子發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子和碘單質(zhì)，碘單質(zhì)遇到淀粉溶液顯示藍(lán)色，不能確定是否達(dá)到滴定終點(diǎn)，故b錯(cuò)誤；

c．滴定管用蒸餾水洗滌后必須用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗，故c錯(cuò)誤；

d．錐形瓶不需要用待測(cè)液潤(rùn)洗，故d正確；

e．滴定過程中，眼睛注視錐形瓶中顏色的變化，故e錯(cuò)誤；

f．滴定結(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復(fù)原來的顏色再讀數(shù)，故f正確，

故答案為：df；

（7）根據(jù)反應(yīng)的方程式為2Fe3++2I-=2Fe2++I2可知，消耗的碘離子與鐵離子物質(zhì)的量相等，n（Fe3+）=n（KI），即：0.5000molL-1×0.020L=c（Fe3+）×0.02L，解得c（Fe3+）=0.5000molL-1，所以鐵元素的百分含量為：×100%=70%，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是70%，實(shí)驗(yàn)二測(cè)得氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24%，所以100g鐵礦石中，鐵元素的質(zhì)量是70g，氧元素質(zhì)量是24g，鐵元素和氧元素的物質(zhì)的量比為：：=5：6，鐵的氧化物的化學(xué)式為Fe5O6，故答案是：70%；Fe5O6。