Question

5．某鐵礦石樣品的主要成分為鐵的氧化物，還含有少量SiO₂．某化學興趣小組對該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)及含量進行如下探究：
（1）探究鐵礦石中鐵元素的價態(tài)
①提出假設：
假設一：該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+2；
假設二：該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+3；
假設三：該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+2和+3．
②設計實驗方案：
為了確定該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)，甲同學設計了如下實驗方案，請你利用限選試劑幫他完成該探究過程．限選試劑：1mol?L^-1H₂SO₄溶液、3%雙氧水溶液、2mol?L^-1HNO₃溶液、0.01mol?L^-1高錳酸鉀溶液、1mol?L^-1NaOH溶液、0.1mol?L^-1KI溶液、0.01mol?L^-1KSCN溶液、蒸餾水．

實驗步驟	預期現象及結論
步驟1：取少量樣品于試管中，滴加適量的1mol?L-1H2SO4溶液，加熱溶解，得到A溶液
步驟2：	若高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，則樣品中含+2價的鐵元素
步驟3：	若溶液變紅色，則樣品中含+3價的鐵元素

③問題討論：
乙同學設計了如下實驗方案：取少量樣品于試管中，滴加適量的2mol?L^-1HNO₃溶液，加熱溶解，得到B溶液，取少量B溶液于試管中，向其中滴加幾滴0.01mol?L^-1KSCN溶液，溶液變紅色，說明該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+3．你認為此結論錯誤（填“正確”或“錯誤”），其理由是稀硝酸具有強氧化性，能將樣品中+2價的鐵氧化為+3價的鐵．
（2）探究鐵礦石中鐵的含量
   將2.25g該鐵礦石樣品經一系列化學處理，制得鐵元素全部為Fe²⁺的待測液250mL；現利用0.02mol?L^-1酸性高錳酸鉀溶液對鐵礦石中鐵元素的含量進行測定．
①取25.00mL待測液于錐形瓶中，用已配制的0.02mol?L^-1酸性高錳酸鉀溶液進行滴定，判斷達到滴定終點的方法是滴加最后一滴酸性高錳酸鉀溶液時，溶液由淺黃色突然變?yōu)榧t色，且半分鐘內不再變?yōu)闊o色，即達到滴定終點．
②重復此滴定操作2～3次，平均消耗酸性高錳酸鉀溶液21.50mL，則該鐵礦石中鐵元素的質量分數為53.5%．

Answer 1

分析 （1）①鐵的氧化物鐵元素的價態(tài)為+2；+3；或+2和+3；
②檢驗亞鐵離子，用高錳酸鉀溶液，若高錳酸鉀褪色，說明含有亞鐵離子；檢驗鐵離子用KSCN溶液，若變紅色說明含有鐵離子；
③稀硝酸具有強氧化性，不能利用硝酸溶解；
（2）①KMnO₄溶液呈紫色，自身可以作指示劑；
②根據反應5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液體積為21.50mL時，求出反應的亞鐵離子的物質的量，再求出250mL溶液中亞鐵離子的物質的量和質量，再求質量分數．

解答 解：（1）①鐵的氧化物鐵元素的價態(tài)為+2；+3；或+2和+3；假設三：該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+2和+3，故答案為：該鐵礦石中鐵元素的價態(tài)為+2和+3；
②檢驗亞鐵離子，用高錳酸鉀溶液，另取2mLA溶液于試管中，用膠頭滴管滴加1～2滴0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，振蕩試管，若高錳酸鉀褪色，說明含有亞鐵離子；檢驗鐵離子用KSCN溶液，取2mLA溶液于試管中，用膠頭滴管滴加1～2滴20%KSCN溶液，振蕩試管，若溶液變紅色說明含有鐵離子；故答案為：

實驗步驟	預期現象及結論
步驟2：取少量步驟1中所得的A溶液于試管中，滴加幾滴0.01mol?L-1高錳酸鉀溶液，振蕩	高錳酸鉀溶液紫紅色褪去
步驟3：取少量步驟1中所得的A溶液于試管中，滴加幾滴0.01mol?L-1KSCN溶液，振蕩	溶液變紅色

③稀硝酸具有強氧化性，不能利用硝酸溶解，稀硝酸能將樣品中+2價鐵元素氧化為+3價，則不合理，故答案為：錯誤；稀硝酸具有強氧化性，能將樣品中+2價的鐵氧化為+3價的鐵；
（2）①KMnO₄溶液呈紅色，Fe²⁺反應完畢，滴入最后一滴KMnO₄溶液，紫色不褪去，說明滴定到終點，故答案為：滴加最后一滴酸性高錳酸鉀溶液時，溶液由淺黃色突然變?yōu)榧t色，且半分鐘內不再變?yōu)闊o色，即達到滴定終點；
②根據反應5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可得出5Fe²⁺～MnO₄^-，消耗 MnO₄^-溶液體積為21.50mL時，則MnO₄^-物質的量為：0.02mol/L×0.0215L=0.00043mol，鐵礦石中鐵元素的百分含量是：$\frac{0.00043mol×5×56g/mol×\frac{250}{25}}{2.25g}$×100%=53.5%，故答案為：53.5%．

點評 本題考查了實驗設計的基本原理和離子的檢驗方法、物質含量的測定實驗方案設計，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力和計算能力，注意把握常見離子的檢驗方法．