Question

【題目】某化學興趣小組對Fe3O4產生了興趣，從參考資料中找到了氧化沉淀法生產復印用高檔Fe3O4粉的工藝流程簡圖：

【查閱資料】

資料一：硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如表所示：

溫度/℃	0	10	30	50	60	70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0	35.3	33.0	30.5	27.0

資料二：Fe（OH）2受氧氣氧化反應原理為：4Fe(OH)2 +2H2O+O2=4Fe(OH)3

資料三：獲得Fe3O4的反應原理為：Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 Fe3O4+4H2O

Ⅰ【問題討論】

（1）溶解時，用50℃至80℃的熱水目的是__________________________________________。

（2）副產品P是___________________________。

（3）為了得到純凈的產品，過濾、洗滌后進行的具體操作過程為______________________________、干燥

Ⅱ【組成確定】

資料顯示：①鐵的氫氧化物在受熱時分解生成鐵的氧化物（化合物不變）；

②Fe2O3和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe3O4，再生成FeO（黑色），最后生成Fe。

為確定用以上方法制得的四氧化三鐵的純度，同學們稱取了23.28g該Fe3O4樣品設計下列實驗進行探究。

（1）該組同學欲通過稱量B裝置反應前后的質量變化來計算確認該Fe3O4樣品中的雜質。B中的最佳試劑是_______________________（填序號）。

A．澄清石灰水 B．氫氧化鈉濃溶液 C．稀鹽酸 D．水

（2）上述實驗過程中，CO氣體除作為反應物外，能起到的作用還有：

①實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發生爆炸；

②停止加熱后，繼續通CO氣體，防止生成物被氧化，以及B中的溶液倒吸入A中；且可以_____________________________，以提高實驗的精確度。

（3）利用儀器測定并繪制出反應過程中A裝置中玻璃管內的固體質量隨溫度的變化曲線（如圖）

①該Fe3O4樣品中含有的雜質成分______________________（填化學式）

②計算樣品中Fe3O4的質量分數（寫出必要的計算過程）。 _____________

Answer 1

【答案】 該溫度時硫酸亞鐵的溶解度較大 Na2SO4 取最后一次洗滌的濾液于試管中，加入（鹽酸酸化的）BaCl2溶液，若無白色沉淀，說明已經洗滌干凈 B 將產生的CO2全部趕入裝置B中 Fe2O3 設Fe2O3和Fe3O4的物質的量分別為x、y，根據鐵原子守恒有2x+3y=16.80/56mol =0.3mol ，根據質量有：160x+232y=23.28，所以解得y=0.09mol，故樣品中Fe3O4的質量分數=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。

【解析】Ⅰ（1）根據FeSO4的溶解度表可知，50℃至80℃時FeSO4的溶解度較大，其他溫度下溶解度較小，不利于溶解，故答案為：該溫度時硫酸亞鐵的溶解度較大。

（2）FeSO4與NaOH反應除了生成Fe(OH )2，還生成Na2SO4，故副產物P為Na2SO4。

（3）沉淀的成分為Fe(OH)2和Fe(OH)3，其中含有雜質Na2SO4，要得到純凈的產品，必須將沉淀洗滌干凈，因此過濾、洗滌后進行的操作過程為：取最后一次洗滌的濾液于試管中，加入鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無白色沉淀，說明已經洗滌干凈。

Ⅱ（1）CO和Fe3O4反應生成CO2氣體，吸收CO2氣體的最好的試劑為NaOH溶液，故B中的最佳試劑為NaOH，答案為B。

（2）CO還可以將產生的CO2氣體全部趕入裝置B中，提高實驗的準確率，故答案為：將產生的CO2全部趕入裝置B中。

（3）①若樣品中只有Fe3O4，加熱過程中固體質量下降應只有兩段，而現在樣品的質量下降有三段，故樣品中除了Fe3O4外還有其他成分，沉淀M為Fe(OH)2和 Fe(OH)3的混合物，加熱時除生成Fe3O4外，Fe(OH)3加熱分解能生成Fe2O3，故Fe3O4樣品中含有的雜質成分為Fe2O3。 ②設Fe2O3和Fe3O4的物質的量分別為x、y，根據鐵原子守恒有2x+3y=（16.80/56）mol =0.3mol ，根據質量有：160x+232y=23.28，所以解得y=0.09mol，故樣品中Fe3O4的質量分數=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。