Question

（16分）鐵觸媒(鐵的某氧化物)是工業合成氨的催化劑。某同學設計了以下兩種方案研究鐵觸媒的組成。
方案一：用下列流程測定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

（1）步驟④后面需用                     (填儀器名稱)取25.00mL稀釋后溶液。
（2）因為通入Cl₂不足量，“溶液B”中還含有                   會影響測定結果。
（3）因為通入Cl₂過量且加熱煮沸不充分，“溶液B”中可能含有Cl₂。請設計實驗方案檢驗Cl₂，完成下列實驗報告。
限選試劑：0.1mol·L^－1酸性KMnO₄溶液、紫色石蕊試液、品紅稀溶液、淀粉-KI溶液、0.1moL·L^－1KSCN溶液

實驗操作	實驗現象與結論

 
方案二：用下列實驗方法測定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

（4）“干燥管C”的作用是                                              。
（5）稱取15.2g鐵觸媒進行上述實驗。充分反應后，測得“干燥管B”增重11.0g，則該鐵觸媒的化學式可表示為                      。(相對原子質量：C－12  O－16 Fe－56)

Answer 1

（1）酸式滴定管(或移液管)（2分）（2）FeCl₂或者FeSO₄或者Fe²⁺(2分)
（3）

實驗操作	預期現象和結論
取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現象。(2分)	若溶液顯紅色，后紅色褪去，則溶液B中含Cl2(2分)； 若溶液變紅后不褪色，則溶液B不含有Cl2(2分)

 
（加入品紅稀溶液也得分）
（4）防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入B中（2分）（5）Fe₄O₅或2FeO·Fe₂O₃(4分)

解析試題分析：（1）要量取25.00mL稀釋后溶液，則需要滴定管（或移液管）。由于溶液顯酸性，因此應該用酸式滴定管。
（2）氯氣具有強氧化性，如果氯氣不足，則溶液中就可能含有未被氧化的亞鐵離子。
（3）氯氣具有氧化性，能氧化碘化鉀。但由于溶液中含有鐵離子，鐵離子也能氧化碘化鉀，所以不能選擇淀粉碘化鉀。由于氯氣溶液中顯酸性，同時生成你的次氯酸還具有強氧化性，具有漂白性，據此可以檢驗。即取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現象。若溶液顯紅色，后紅色褪去，則溶液B中含Cl₂；若溶液變紅后不褪色，則溶液B不含有Cl₂。
（4）CO還原鐵的氧化物生成單質鐵和CO₂，CO₂被堿石灰吸收，據此可以計算鐵的氧化物中氧元素的質量。但由于空氣中含有CO₂和水蒸氣，也能被堿石灰吸收干擾實驗，所以C中堿石灰的作用是防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入B中。
（5）堿石灰吸收反應中生成的CO₂，所以堿石灰增加的質量就是CO₂的質量。則根據“干燥管B”增重11.0g可知，反應中生成CO₂的物質的量＝11.0g÷44g/mol＝0.25mol。CO結合氧化物中氧元素生成CO₂，所以氧化物中氧元素的質量＝0.25mol×16g/mol＝4.0g，則氧化物中鐵元素的質量＝15.2g－4.0g＝11.2g，物質的量＝11.2g÷56g/mol＝0.2mol，因此氧化物中鐵和氧的原子個數之比＝0.2:0.25＝4:5，所以該鐵觸媒的化學式可表示為Fe₄O₅或2FeO·Fe₂O₃。
考點：考查滴定實驗儀器的選擇、氯氣的性質以及檢驗、實驗方案設計與評價以及鐵氧化物化學式的確定