Question

15．納米四氧化三鐵因在磁記錄、微波吸收材料等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用而得到廣泛的研究．一種利用廢鐵屑（含少量鐵銹-Fe₂O₃）制備納米Fe₃O₄的流程如下：
廢鐵屑$\stackrel{稀HCl}{→}$ $→_{適量試劑X}^{調(diào)節(jié)pH=1-2}$溶液A（Fe²⁺，F(xiàn)e³⁺）$→_{△}^{NaOH（aq）}$…→納米Fe₃O₄
用如圖1裝置制備溶液A，其實(shí)驗(yàn)步驟為：
Ⅰ．打開(kāi)k₁，關(guān)閉k₂，并打開(kāi)k₃，緩慢滴加鹽酸；
Ⅱ．當(dāng)容器C中不再產(chǎn)生氣泡時(shí)，關(guān)閉k₃，對(duì)裝置E進(jìn)行讀數(shù)操作；
Ⅲ．關(guān)閉k₁，打開(kāi)k₂、k₃，使C容器中的溶液完全進(jìn)入燒杯；
Ⅳ．往燒杯中加入適量試劑X，得到溶液A．
請(qǐng)回答：
（1）廢鐵屑中加稀鹽酸的反應(yīng)除Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑和Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O外，還可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（2）要粗略測(cè)定廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可通過(guò)裝置E測(cè)出C容器中生成氣體的體積．

①下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是ab（填序號(hào)）．
a．用CCl₄代替E中的水，測(cè)得氣體的體積更準(zhǔn)確
b．量氣管壓入水準(zhǔn)管的水過(guò)多而溢出，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定失敗
c．必須待裝置恢復(fù)到室溫且量氣管與水準(zhǔn)管兩端液面相平才可進(jìn)行讀數(shù)②將裝置D改為如圖2裝置，其優(yōu)點(diǎn)
是平衡氣壓使分液漏斗中的鹽酸能順利流下；且避免液體體積占位影響氣體體積測(cè)定．
（3）制備溶液A，試劑X可以選擇ac（填序號(hào)）．
a．H₂O₂     b．SO₂     c．Cl₂     d．鐵粉
（4）由溶液A制備納米Fe₃O₄理論上需控制Fe²⁺、Fe³⁺、OH^-的物質(zhì)的量之比為1：2：8，制備過(guò)程中須持續(xù)通入N₂的原因是在 N₂氣流下，防止Fe²⁺被氧化．
（5）Fe₃O₄樣品中Fe（Ⅲ）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用碘量法測(cè)定：稱取m g Fe₃O₄樣品，溶于稀鹽酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍過(guò)量的KI溶液，充分反應(yīng)后，滴入幾滴淀粉溶液，并用cmol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗Na₂S₂O₃溶液VmL（已知：I₂+2S₂O₃^2-=I^-+S₄O₆^2-）．
①滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液由藍(lán)色變無(wú)色，且半分鐘不變色．
②樣品中Fe（Ⅲ）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{56cV}{m}%$ ．

Answer 1

分析 鐵屑用稀鹽酸溶解得到氯化亞鐵溶液，調(diào)節(jié)溶液pH并加熱試劑X，將部分氧化為Fe²⁺氧化成Fe³⁺，可以是過(guò)氧化氫或氯水等，再加入NaOH溶液，加熱得到納米Fe₃O₄．
（1）鐵過(guò)量會(huì)和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）①a．氫氣不溶于水、四氯化碳，但CCl₄易揮發(fā)；
b．量氣管壓與水準(zhǔn)管液面等高，即可測(cè)定氫氣體積；
c．讀數(shù)是保證裝置內(nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓相等，氣體受熱溫度體積會(huì)增大，冷卻后體積會(huì)減��；
②圖2中分液漏斗連接橡膠管可以平衡壓強(qiáng)使液體順利流下；
（3）制備溶液A，試劑X是將部分氧化為Fe²⁺氧化成Fe³⁺，需要選擇具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)；
（4）Fe²⁺、Fe³⁺在堿性、加熱條件下反應(yīng)得到Fe₃O₄，還有水生成；制備中防止亞鐵離子被氧氣氧化；
（5）①鐵離子將碘離子氧化為碘單質(zhì)，加入淀粉溶液呈藍(lán)色，滴定終點(diǎn)時(shí)藍(lán)色褪去；
②根據(jù)關(guān)系式：Fe₃O₄～2Fe³⁺～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-計(jì)算．

解答 解：鐵屑用稀鹽酸溶解得到氯化亞鐵溶液，調(diào)節(jié)溶液pH并加熱試劑X，將部分氧化為Fe²⁺氧化成Fe³⁺，可以是過(guò)氧化氫或氯水等，再加入NaOH溶液，加熱得到納米Fe₃O₄．
（1）鐵過(guò)量會(huì)和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）①a．氫氣不溶于水、四氯化碳，不影響沉淀氫氣體積，且CCl₄易揮發(fā)，污染空氣，故a錯(cuò)誤；
b．量氣管壓入水準(zhǔn)管的水過(guò)多而溢出，但量氣管壓與水準(zhǔn)管液面等高，即可測(cè)定氫氣體積，不會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，故b錯(cuò)誤；
c．讀數(shù)是保證裝置內(nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓相等，氣體受熱溫度體積會(huì)增大，冷卻后體積會(huì)減小，應(yīng)恢復(fù)室溫，故c正確，
故答案為：ab；
②將裝置D改為如圖2裝置，橡膠管的作用是：平衡氣壓使分液漏斗中的鹽酸能順利流下；且避免液體體積占位影響氣體體積測(cè)定
故答案為：平衡氣壓使分液漏斗中的鹽酸能順利流下；且避免液體體積占位影響氣體體積測(cè)定；
（3）制備溶液A，試劑X是將部分氧化為Fe²⁺氧化成Fe³⁺，需要選擇具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，可以是氯氣、過(guò)氧化氫，鐵離子可以氧化二氧化硫，
故答案為：ac；
（4）Fe²⁺、Fe³⁺在堿性、加熱條件下反應(yīng)得到Fe₃O₄，還有水生成，反應(yīng)離子方程式為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂O，控制Fe²⁺、Fe³⁺、OH^-的物質(zhì)的量之比為：1：2：8，制備過(guò)程中須持續(xù)通入N₂的原因是在 N₂氣流下，防止Fe²⁺被氧化，
故答案為：1：2：8；在 N₂氣流下，防止Fe²⁺被氧化；
（5）①鐵離子將碘離子氧化為碘單質(zhì)，加入淀粉溶液呈藍(lán)色，用Na₂S₂O₃溶液滴定滴定碘單質(zhì)，滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是：溶液藍(lán)色褪去，且半分鐘不變色，
故答案為：溶液由藍(lán)色變無(wú)色，且半分鐘不變色；
②設(shè)樣品中鐵（Ⅲ）的物質(zhì)的量為a，則：
Fe₃O₄～2Fe³⁺～I(xiàn)₂～2S₂O₃^2-
             2              2mol
             a         V×10^-3L×cmol•L^-1
a=cV×10-3mol，
樣品中Fe（Ⅲ）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{cV×1{0}^{-3}mol×\frac{100}{10}×56g/mol}{mg}$×100%=$\frac{56cV}{m}%$
故答案為：$\frac{56cV}{m}%$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)與定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵是對(duì)原理的理解，掌握氣體體積測(cè)量方法與滴定中關(guān)系式計(jì)算，熟練掌握元素化合物性質(zhì)，題目培養(yǎng)了學(xué)生分析能力、知識(shí)遷移運(yùn)用能力，題目難度中等．