Question

19．鐵黑（Fe₃O₄）是常見(jiàn)的鐵系顏料．一種制取鐵黑的實(shí)驗(yàn)流程如圖所示：

制取鐵黑的反應(yīng)原理可表示為
Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃ $\stackrel{△}{→}$ Fe（OH）₂•2Fe（OH）₃ $\stackrel{△}{→}$ Fe₃O₄
（1）加入氨水調(diào)pH至7～9時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺．
（2）為了保證鐵黑樣品的質(zhì)量，“合成”中需要控制的因素有通入空氣的量、空氣的通入速率、氨水的濃度及反應(yīng)溫度（填三個(gè)）．
（3）鐵黑產(chǎn)品中Fe₃O₄的含量是判斷產(chǎn)品等級(jí)的依據(jù)之一．某鐵黑樣品中混有的雜質(zhì)為FeO、Fe₂O₃中的一種．根據(jù)國(guó)標(biāo)方法，進(jìn)行的測(cè)定實(shí)驗(yàn)如下：
步驟1：稱取1.908g樣品置于錐形瓶中，加入足量鹽酸，加熱使之完全溶解．
步驟2：向錐形瓶中先加入足量的SnCl₂溶液，將Fe³⁺全部轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，除去過(guò)量的Sn²⁺，再加入一定量的硫酸和磷酸，并滴加指示劑．
步驟3：再向錐形瓶中滴加0.08200mol•L^-1K₂Cr₂O₇溶液，發(fā)生反應(yīng)：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O
恰好完全反應(yīng)時(shí)，共消耗50.00mLK₂Cr₂O₇溶液．請(qǐng)計(jì)算樣品中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（寫出計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析 硫酸亞鐵溶液中加入氨水，亞鐵離子在堿性條件下先與氫氧根離子反應(yīng)生成白色的氫氧化亞鐵，繼續(xù)滴加氨水并能氧氣，生成的氫氧化亞鐵會(huì)很快被氧化，變成灰綠色，最終氫氧化亞鐵會(huì)被氧化成紅褐色的氫氧化鐵沉淀，最后過(guò)濾、洗滌、干燥并加熱，獲得鐵黑（Fe₃O₄），
（1）Fe²⁺在pH為7～9時(shí)，弱堿性條件下生成氫氧化亞鐵沉淀，不能忽視NH₃•H₂O是弱堿；
（2）為了保證鐵黑樣品的質(zhì)量，需要通過(guò)探究反應(yīng)條件，使Fe²⁺部分氧化，控制生成的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵沉淀的比例；
（3）先根據(jù)滴定原理計(jì)算出溶液中含有的Fe²⁺的物質(zhì)的量，通過(guò)極值假設(shè)判斷出固體樣品的成分，再結(jié)合原子守恒計(jì)算樣品中Fe₃O₄的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）在FeSO₄溶液中，加入氨水調(diào)pH至7～9時(shí)，生成氫氧化亞鐵沉淀時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺；
故答案為：Fe²⁺+2NH₃•H₂O=Fe（OH）_2↓+2NH₄⁺；
（2）在“合成”過(guò)程中通過(guò)控制通入空氣的量、空氣的通入速率、氨水的濃度及反應(yīng)溫度等因素，可提高鐵黑樣品的質(zhì)量，故答案為：通入空氣的量、空氣的通入速率、氨水的濃度及反應(yīng)溫度；
（3）根據(jù)反應(yīng)Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺═2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O可知：n（Fe2+）=0.082×50×10^-3×6mol=24.6×10^-3mol，
極值法討論，設(shè)全來(lái)自于Fe₃O₄，m（Fe₃O₄）=232g/mol×24.6×10^-3mol×$\frac{1}{3}$=1.9024g；
設(shè)全來(lái)自于Fe₂O₃，m（Fe₂O₃）=160g/mol×24.6×10^-3mol×$\frac{1}{2}$=1.9688g；
設(shè)全來(lái)自于FeO，m（FeO）=72g/mol×24.6×10^-3mol=1.7712g；
則為Fe₃O₄與Fe₂O₃的混合物，
設(shè)Fe₃O₄為xmol，F(xiàn)e₂O₃為ymol
3x+2y=24.6×10^-3
232x+160y=1.908
x=7.5×10^-3mol，y=1.05×10^-3mol；
樣品中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{7.5×1{0}^{-3}×232}{1.908}×100%$=91.2%，
故答案為：91.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了亞鐵離子與氫氧根離子的反應(yīng)原理及現(xiàn)象，題目難度不大，注意掌握亞鐵離子、鐵離子的性質(zhì)及檢驗(yàn)方法，明確亞鐵離子與氫氧根離子的反應(yīng)現(xiàn)象是解答本題關(guān)鍵，涉及樣品成分的分析及計(jì)算，難度中等．