Question

（2012?朝陽區(qū)二模）氯化鐵是實驗室中的重要試劑．某同學用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃?6H₂O晶體，同時測定廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分數(shù)，為此設(shè)計了如圖裝置（夾持裝置略，氣密性已檢驗）：
操作步驟如下：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁、關(guān)閉彈簧夾K₂，并打開活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當…時，關(guān)閉彈簧夾K₁、打開彈簧夾K₂，當A中溶液完全進入燒杯后關(guān)閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾后得到FeCl₃?6H₂O晶體．請回答：
（1）A中發(fā)生的置換反應的化學方程式是

Fe+2HCl=FeCl₂+H₂

．
（2）操作Ⅱ中“…”的內(nèi)容是

當A中固體完全消失

，燒杯中的現(xiàn)象是

無色溶液逐漸變黃

，相應的離子方程式和化學方程式是

2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O

、

2H₂O₂

氯化鐵  .

2H₂O+O₂↑

．
（3）操作Ⅲ不采用直接加熱制FeCl₃?6H₂O晶體的原因是

Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加熱會促進FeCl₃水解，產(chǎn)生Fe（OH）₃

（用簡要文字并結(jié)合離子方程式解釋）．
（4）測得B中所得的氣體是V mL（標準狀況時），由此計算出該廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分數(shù)是

V

400m

，該數(shù)值比實際數(shù)值偏低，若實驗過程操作無誤，偏低的原因是

Fe³⁺和Fe發(fā)生反應消耗部分Fe，使與鹽酸反應的Fe相應減少

．
（5）為了準確測定鐵的質(zhì)量分數(shù)，還可以另取mg廢鐵屑和某種常見的還原劑氣體在加熱時充分反應到恒重，測得實驗后剩余固體質(zhì)量是wg．由此求出鐵的準確質(zhì)量分數(shù)是

m- 160(m-w) 48

m

（用含m、和w的式子表示）．

Answer 1

分析：（1）鐵和鹽酸反應生成氫氣和氯化亞鐵的化學方程式；
（2）裝置A中的鐵完全消失，反應結(jié)束；打開彈簧夾K₂，反應生成的氯化亞鐵被雙氧水氧化成氯化鐵，同時有氧氣放出；根據(jù)氯化亞鐵被雙氧水氧化、生成的氯化鐵作催化劑使雙氧水分解情況，寫成反應方程式；
（3）直接加熱氯化鐵溶液，三價鐵離子會發(fā)生水解生成氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體；
（4）“用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃?6H₂O晶體”，氧化鐵溶于鹽酸，生成的三價鐵離子能夠消耗鐵；
（5）根據(jù)質(zhì)量減少的部分就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，求出氧化鐵的物質(zhì)的量，再計算出鐵的質(zhì)量分數(shù)．

解答：解：（1）鐵與鹽酸反應的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，
故答案是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（2）當A中固體完全消失，鐵完全和鹽酸反應后，反應結(jié)束；當A中溶液完全進入燒杯，生成的氯化亞鐵被氧化成黃色的氯化鐵，生成的氯化鐵作催化劑，使雙氧水分解，反應的方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂

氯化鐵  .

2H₂O+O₂↑，
故答案是：當A中固體完全消失；無色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂

氯化鐵  .

2H₂O+O₂↑；
（3）由于氯化鐵溶液中存在反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應吸熱，加入會促進水解，生成了氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體，
故答案是：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加熱會促進FeCl₃水解，產(chǎn)生Fe（OH）₃；
（4）由于廢鐵屑中含有氧化鐵，和鹽酸反應生成的三價鐵離子能夠和鐵反應，導致鐵減少，置換的氫氣體積減少，
故答案是：Fe³⁺和Fe發(fā)生反應消耗部分Fe，使與鹽酸反應的Fe相應減少；
（5）mg廢鐵屑中的氧化鐵被還原后質(zhì)量變成wg鐵，質(zhì)量差（m-w）g就是氧化鐵中氧元素的質(zhì)量，n（O）=

(m-w)

16

mol，n（Fe₂O₃）=

1

3

×n（O）=

m-w

46

mol，
鐵的質(zhì)量分數(shù)為：

m- m-w 48 ×160

m

=

m- 160(m-w) 48

m

，
故答案是：

m- 160(m-w) 48

m

．

點評：本題考查了鐵屑中鐵的質(zhì)量分數(shù)和制取氯化鐵晶體，涉及了較多的化學方程式的書寫、質(zhì)量分數(shù)的計算、實驗操作等知識，本題難度中等．