Question

19．聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學(xué)組成可表示為[Fe_x（OH）_y（SO₄）_z]_m．某中學(xué)化學(xué)興趣小組以聚合硫酸鐵的生產(chǎn)流程和相關(guān)性質(zhì)進行了一系列的探究．
Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)．
如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

回答下列問題
（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為氧化鐵．“過篩”與化學(xué)實驗中的過濾原理相似（填操作名稱）．
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，寫出鐵銹與該酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺．你認(rèn)為下列氧化劑中最合適的是C（填標(biāo)號），原因是不引入其他雜質(zhì)．
A．KMnO₄B．Cl₂C．H₂O₂D．HNO₃
（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是AB．
A．有利于水分蒸發(fā)B．降低沸點，防止晶體分解C．降低生產(chǎn)成本
Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究．
該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學(xué)式，進行了如下實驗：
①稱取5.52g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；
②向①所得的混合物中加入足量的BaCl₂溶液，充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66g．
③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20g．
則聚合硫酸鐵[Fe_x（OH）_y（SO₄）_z]_m樣品中的x：y：z的值為2：4：1．
試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應(yīng)方程式3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產(chǎn)物成分探究．
該小組將5.52g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產(chǎn)物進行實驗探究．（已知SO₃的熔點為16.8℃）．
【提出假設(shè)】
假設(shè)1：所得氣體的成分是SO₃；
假設(shè)2：所得氣體的成分是SO₂、O₂；
假設(shè)3：所得氣體的成分是SO₃、SO₂、O₂．
【設(shè)計實驗】
按下圖裝置進行實驗．

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
【實驗結(jié)論】
通過實驗現(xiàn)象判斷，假設(shè)3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質(zhì)量為3.2g．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵；
“過篩”與化學(xué)實驗中的過濾原理相似；
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質(zhì)；
氧化鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水；
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，下列氧化劑中最合適的是過氧化氫，反應(yīng)后過氧化氫被還原成水；
（4）水的沸點隨著壓強減小而減��；
Ⅱ．鋇離子能和硫酸根離子結(jié)合成白色沉淀硫酸鋇；
鐵離子能和氫氧根離子結(jié)合成紅褐色沉淀氫氧化鐵，灼燒氫氧化鐵分解生成氧化鐵和水；
該聚合硫酸鐵與鹽酸反應(yīng)生成硫酸鐵、氯化鐵和水；
Ⅲ．二氧化硫能使品紅溶液褪色；
二氧化硫能和氫氧化鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水；
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則該物質(zhì)是氧化鐵．

解答 解：Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵，“過篩”與化學(xué)實驗中的過濾原理相似．
故填：氧化鐵；過濾．
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質(zhì)；
鐵銹中的氧化鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
故填：稀硫酸；Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
（3）反應(yīng)釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，下列氧化劑中最合適的是H₂O₂，這是因為利用過氧化氫做氧化劑不會帶入新的雜質(zhì)．
故選：C．
（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)有利于水分蒸發(fā)，能夠降低沸點，防止晶體分解．
故選：AB．
Ⅱ．設(shè)硫酸根離子質(zhì)量為x，
Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄，
          96      233
          x       4.66g
$\frac{96}{x}$=$\frac{233}{4.66g}$，
x=1.92g，
若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后得到氫氧化鐵沉淀，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵、稱重，得固體3.20g，說明氧化鐵質(zhì)量是3.20g，則鐵離子質(zhì)量為：3.20g$\frac{112}{160}$×100%=2.24g，
則聚合硫酸鐵中氫氧根離子質(zhì)量為：5.52g-1.92g-2.24g=1.36g，
x：y：z=$\frac{2.24g}{56}$：$\frac{1.36g}{17}$：$\frac{1.92g}{96}$=2：4：1．
故填：2：4：1．
該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應(yīng)方程式為：3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
故填：3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
Ⅲ．【提出假設(shè)】
假設(shè)1：所得氣體的成分是SO₃；
假設(shè)2：所得氣體的成分是SO₂、O₂；
假設(shè)3：所得氣體的成分是 SO₃、SO₂、O₂．
故填：SO₃、SO₂、O₂．
【設(shè)計實驗】裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
故填：吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
B中無水硫酸銅變藍說明生成水，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出是在冰水結(jié)晶的，根據(jù)信息“已知SO₃的熔點為16.8℃”，可知晶體為三氧化硫，D中品紅溶液褪色，說明生成二氧化硫，所以應(yīng)該是假設(shè)3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，根據(jù)顏色以及質(zhì)量守恒定律可得固體為氧化鐵．
設(shè)生成的氧化鐵的質(zhì)量為x（這個化學(xué)方程式配平可以用待定系數(shù)法，最好是借助化合價升降法）
4Fe₂（OH）₄SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₂↑+2SO₃↑+O₂↑+8H₂O
1104                           640
5.52g                          x
$\frac{1104}{640}$=$\frac{5.52g}{x}$
x=3.2g              
故填：3；3.2g

點評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實際上與復(fù)雜的轉(zhuǎn)化圖相比，其實很簡單很基礎(chǔ)，或者可以說轉(zhuǎn)化圖提供的是情境，考查基本知識．