Question

3．鐵、鋁、銅等金屬及其化合物在日常生活中應用廣泛，請根據(jù)下列實驗回答問題：
（1）生鐵中含有一種鐵碳化合物X（Fe₃C）．X在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y，將Y溶于過量鹽酸的溶液中含有的大量陽離子是Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺．
（2）某溶液中有Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺、Cu²⁺等四種離子，向其中加入過量的NaOH溶液后，過濾，將濾渣高溫灼燒并將灼燒后的固體投入到過量的稀鹽酸中，所得溶液與原溶液相比，溶液中大量減少的陽離子是BC．
A．Mg²⁺B．Fe²⁺C．Al³⁺       D．Cu²⁺
（3）氧化鐵是重要工業(yè)顏料，用廢鐵屑制備它的流程如下：

回答下列問題：
①操作Ⅰ的名稱是過濾，操作Ⅱ的名稱是洗滌；
②寫出在空氣中煅燒FeCO₃的化學方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（4）有些同學認為KMnO₄溶液滴定也能進行鐵元素含量的測定
（5Fe²⁺+Mn${O}_{4}^{-}$+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
a．稱取2.850 g綠礬（FeSO₄•7H₂O）產(chǎn)品，溶解，在250 mL容量瓶中定容；
b．量取25.00 mL待測溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.010 00 mol/L KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00 mL．
①實驗前，首先要精確配制一定物質(zhì)的量濃度的KMnO₄溶液250 mL，配制時需要的儀器除天平、玻璃棒、燒杯、膠頭滴管外，還需250mL容量瓶．
②判定反應是否需要指示劑（如果需要，選擇何種指示劑，請描述現(xiàn)象．如果不需要，請說明理由，請描述現(xiàn)象）不需要，可以利用高錳酸鉀顏色變化指示滴定終點．
③計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為97.5%．

Answer 1

分析 （1）有磁性的固體Y為四氧化三鐵，與鹽酸反應生成氯化鐵、氯化亞鐵；
（2）加入過量的NaOH，Al³⁺轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根，Mg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，且氫氧化亞鐵易被氧化，灼燒固體得到氧化鎂、氧化銅、氧化鐵，加入到過量的稀鹽酸中，所得溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；
（3）由流程可知，碳酸鈉水解顯堿性，可除去油污，然后Fe與硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，操作I為過濾，濾液中亞鐵離子與碳酸氫銨反應生成FeCO₃，操作II為洗滌，干燥后煅燒FeCO₃得到Fe₂O₃；
（4）①一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制結(jié)合配制步驟可得到每一步中使用的儀器，很明顯缺少250 mL容量瓶；
②酸性高錳酸鉀溶液呈紫紅色，隨著反應溶液顏色會發(fā)生改變，故不需要指示劑，可以利用高錳酸鉀顏色變化指示滴定終點；
③結(jié)合反應的化學方程式可得亞鐵離子和高錳酸根物質(zhì)的量之比為5：1，以此計算．

解答 解：（1）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體Y，Y為Fe₃O₄，溶于過量的鹽酸反應生成氯化亞鐵、氯化鐵，溶液有剩余的HCl，溶液中大量存在的陽離子是Fe²⁺、Fe³⁺、H⁺，故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺；
（2）加入過量的NaOH，Al³⁺轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根，Mg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，且氫氧化亞鐵易被氧化，灼燒固體得到氧化鎂、氧化銅、氧化鐵，加入到過量的稀鹽酸中，所得溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，與原溶液相比，溶液中大量減少的陽離子是Al³⁺、Fe²⁺，
故答案為：BC；
（3）由流程可知，碳酸鈉水解顯堿性，可除去油污，然后Fe與硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，操作I為過濾，濾液中亞鐵離子與碳酸氫銨反應生成FeCO₃，操作II為洗滌，干燥后煅燒FeCO₃得到Fe₂O₃；
①由上述分析可知，操作I、II分別為過濾、洗滌，故答案為：過濾；洗滌；
②在空氣中煅燒FeCO₃的化學方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（4）①一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制結(jié)合配制步驟可得到每一步中使用的儀器，很明顯缺少250 mL容量瓶，故答案為：250 mL容量瓶；
②酸性高錳酸鉀溶液呈紫紅色，隨著反應溶液顏色會發(fā)生改變，故不需要指示劑，可以利用高錳酸鉀顏色變化指示滴定終點，故答案為：不需要，可以利用高錳酸鉀顏色變化指示滴定終點；
③結(jié)合反應的化學方程式可得亞鐵離子和高錳酸根物質(zhì)的量之比為5：1，則七水硫酸亞鐵的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.01mol/L×0.2L×5×278g/mol×\frac{250}{25}}{2.85g}$×100%=97.5%，
故答案為：97.5%．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗及含量測定計算，為高頻考點，把握制備實驗流程、物質(zhì)的性質(zhì)、反應中的物質(zhì)的量關(guān)系為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．