Question

13．硫酸亞鐵晶體（FeSO₄•7H₂O）俗稱綠礬，加熱至高溫會分解．某化學研究小組利用如圖裝置探究FeSO₄分解后的產(chǎn)物．
實驗步驟：
按圖組裝好儀器（已省略夾持儀器）并檢查裝置的氣密性，準確稱取m gFeSO₄固體置于硬質(zhì)玻璃管中，將E中的導管撤出水槽，打開活塞K，通入一段時間的N₂，關閉活塞K．加熱A中的玻璃管一段時間后，將E中導管置于水槽集氣瓶口收集產(chǎn)生的氣體，用帶火星的木條檢驗E中所收集的氣體，帶火星的木條能夠復燃．待A中固體不再分解后，停止加熱，打開K，緩慢通入氮氣至玻璃管冷卻，得到紅棕色粉末．請回答下列問題：
（1）儀器甲的名稱是酒精噴燈；
（2）B中濃硫酸的作用吸收分解產(chǎn)生的SO₃；
（3）實驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化．寫出C中發(fā)生反應的離子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）FeSO₄完全分解后，還需要通入一段時間N₂的原因是將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置2完全吸收，同時防止發(fā)生倒吸；
（5）若C中原先加入了20mL 1.00mol/L的KMnO₄溶液，為了確定FeSO₄分解的化學方程式，某同學進行了如下實驗：
I、稱量B裝置在實驗前后增重0.80g；
II、將實驗后C中的溶液全部轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，并加水稀釋至刻度線；
III、準確量取20.00mL溶液至錐形瓶中，加入足量稀硫酸酸化，用0.20mol/L標準H₂C₂O₄溶液滴定至終點；
IV、重復實驗3次，記錄數(shù)據(jù)如表

實驗	滴定管開始讀數(shù)	滴定終點讀數(shù)
1	0	19.98
2	0.10	20.12
3	0	20.16

①滴定至終點的現(xiàn)象溶液由紫紅色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復成紫紅色；
②FeSO₄分解的化學方程式為8FeSO₄ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑；
（6）請設計一個實驗來檢驗A中的FeSO₄是否完全分解將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水攪拌過濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，若產(chǎn)生特征藍色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全．

Answer 1

分析 按圖組裝好儀器（已省略夾持儀器）并檢查裝置的氣密性，準確稱取m gFeSO₄固體置于硬質(zhì)玻璃管中，將E中的導管撤出水槽，打開活塞K，通入一段時間的N₂，關閉活塞K．加熱A中的玻璃管一段時間后，將E中導管置于水槽集氣瓶口收集產(chǎn)生的氣體，用帶火星的木條檢驗E中所收集的氣體，帶火星的木條能夠復燃．證明生成氧氣，待A中固體不再分解后，停止加熱，打開K，緩慢通入氮氣至玻璃管冷卻，得到紅棕色粉末說明分解產(chǎn)物中生成氧化鐵，則硫元素化合價一定有降低的生成SO₂，依據(jù)原子守恒和電子守恒分析判斷生成產(chǎn)物中還應生成三氧化硫，氣體通過裝置B中濃硫酸吸收三氧化硫，裝置C中高錳酸鉀溶液吸收二氧化硫，裝置D中品紅溶液是驗證二氧化硫是否除凈的裝置，最后裝置E收集素材的氧氣進行檢驗，
（1）裝置圖中儀器甲為酒精噴燈；
（2）B中濃硫酸的作用吸收分解產(chǎn)生的SO₃：
（3）實驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化說明出二氧化硫被高錳酸鉀溶液全部吸收發(fā)生氧化還原反應；
（4）通入一段時間N₂的原因是將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置2完全吸收；
（5）①高錳酸鉀溶液呈紫紅色，滴入草酸發(fā)生氧化還原反應，反應終點可以依據(jù)高錳酸鉀溶液顏色判斷；
3組實驗數(shù)據(jù)誤差較大舍去，依據(jù)1、2組消耗溶液體積=$\frac{19.98+20.12-0.1}{2}$=20ml，n（H₂C₂O₄）=0.20mol/L×0.020L=0.004mol，
2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
2                5
n             0.040mol
n=0.0016mol，
裝置C中共有剩余高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.0016mol×$\frac{100}{20}$=0.008mol，與二氧化硫反應的高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.020L×1.00mol/L-0.008mol=0.012mol，
5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
5           2
n（SO₂）   0.012mol
n（SO₂）=0.03mol
稱量B裝置在實驗前后增重0.80g為三氧化硫n（SO₃）=$\frac{0.80g}{80g/mol}$=0.01mol
硫元素降低生成二氧化硫電子轉(zhuǎn)移0.03mol×2=0.06mol，
原子守恒得到反應的FeSO₄共0.03mol+0.01mol=0.04mol，
2FeSO₄ ～Fe₂O₃～2e-
2               1             2
0.04mol    0.02mol   0.04mol
FeSO₄～O₂～4e-
              1          4
  0.005mol         0.02mol
反應中FeSO₄：Fe₂O₃：SO_3：SO_2：O₂=0.04：0.002：0.01：0.012：0.005=8：4：2：6：1
據(jù)此書寫化學方程式；
（6）檢驗固體中是否有未分解的硫酸亞鐵，設計實驗檢驗剩余固體中是否含亞鐵離子，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，若產(chǎn)生特征藍色沉淀證明含亞鐵離子．

解答 解：（1）裝置圖中儀器甲為酒精噴燈，
故答案為：酒精噴燈；
（2）探究FeSO₄分解后的產(chǎn)物依據(jù)分析可知，分解產(chǎn)物中有氧氣、氧化鐵生成，結合氧化還原反應氧元素、鐵元素化合價升高，則硫元素化合價降低生成二氧化硫，原子守恒可得到同時會生成三氧化硫，所以B中濃硫酸的作用吸收分解產(chǎn)生的SO₃，
故答案為：吸收分解產(chǎn)生的SO₃；
（3）實驗過程中發(fā)現(xiàn)C中溶液顏色變淺，D中無明顯變化說明出二氧化硫被高錳酸鉀溶液全部吸收，反應的離子方程式為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
故答案為：5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）FeSO₄完全分解后，還需要通入一段時間N₂的原因是將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置2完全吸收，同時防止發(fā)生倒吸，
故答案為：將裝置內(nèi)殘留的氣體排入吸收裝置2完全吸收，同時防止發(fā)生倒吸；
（5）準確量取20.00mL溶液至錐形瓶中，加入足量稀硫酸酸化，用0.20mol/L標準H₂C₂O₄溶液滴定至終點，是滴定裝置C中剩余高錳酸鉀，
①高錳酸鉀溶液呈紫紅色，滴入草酸發(fā)生氧化還原反應，反應終點可以依據(jù)高錳酸鉀溶液顏色判斷，滴入最后一滴溶液紫紅色變化為無色且半分鐘無變化證明反應達到終點，
故答案為：溶液由紫紅色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復成紫紅色；
②3組實驗數(shù)據(jù)誤差較大舍去，依據(jù)1、2組消耗溶液體積=$\frac{19.98+20.12-0.1}{2}$=20ml，n（H₂C₂O₄）=0.20mol/L×0.020L=0.004mol，
2KMnO₄+5H₂C₂O₄+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+10CO₂↑+8H₂O
2                5
n             0.040mol
n=0.0016mol，
裝置C中共有剩余高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.0016mol×$\frac{100}{20}$=0.008mol，與二氧化硫反應的高錳酸鉀物質(zhì)的量=0.020L×1.00mol/L-0.008mol=0.012mol，
5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺，
5           2
n（SO₂）   0.012mol
n（SO₂）=0.03mol
稱量B裝置在實驗前后增重0.80g為三氧化硫n（SO₃）=$\frac{0.80g}{80g/mol}$=0.01mol
硫元素降低生成二氧化硫電子轉(zhuǎn)移0.03mol×2=0.06mol，
原子守恒得到反應的FeSO₄共0.03mol+0.01mol=0.04mol，
2FeSO₄ ～Fe₂O₃～2e-
2               1             2
0.04mol    0.02mol   0.04mol
FeSO₄～O₂～4e-
              1          4
  0.005mol         0.02mol
反應中FeSO₄：Fe₂O₃：SO_3：SO_2：O₂=0.04：0.002：0.01：0.012：0.005=8：4：2：6：1
反應的化學方程式為：8FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑，
故答案為：8FeSO₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₃↑+6SO₂↑+O₂↑；
（6）檢驗固體中是否有未分解的硫酸亞鐵，設計實驗檢驗剩余固體中是否含亞鐵離子，結合亞鐵離子的特征檢驗試劑和反應現(xiàn)象設計，具體步驟為：將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水攪拌過濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，若產(chǎn)生特征藍色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全，
故答案為：將廢液后的固體轉(zhuǎn)移到小燒杯中，加入少量水攪拌過濾，取少量濾液于試管中，加入幾滴K3[Fe（CN）6]溶液，若產(chǎn)生特征藍色沉淀，說明硫酸亞鐵未全部分解，反之則分解完全．

點評 本題考查了反應產(chǎn)物的分析判斷、實驗過程中反應現(xiàn)象和測定方法、滴定實驗基本操作和計算，主要是氧化還原反應電子守恒的計算和配合化學方程式，掌握基礎是解題關鍵，題目難度較大．