Question

某種礦石中鐵元素以氧化物Fe_mO_n形式存在（礦石中雜質(zhì)不與酸反應(yīng)），現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：將少量鐵礦石樣品粉碎，稱取25.0g樣品于燒杯中，加入稀H₂SO₄充分溶解，并不斷加熱、攪拌，濾去不溶物．向所得濾液中加入10.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體3.6g．剩下濾液用濃度為2mol?L^-1的酸性KMnO₄滴定，至終點(diǎn)時消耗KMnO₄溶液體積25.0mL．
①配平：________H⁺+________MnO+________Fe²⁺═________Mn²⁺+________Fe³⁺+________H₂O
②計(jì)算該鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
③計(jì)算氧化物Fe_mO_n的化學(xué)式（m、n為正整數(shù)）．（請寫出計(jì)算過程）

Answer 1

8    1    5    1    5    4
分析：①錳元素化合價由MnO₄^-中+7價降低為Mn²⁺中+2價，鐵元素化合價由+2價升高為+3價，化合價升降的最小公倍數(shù)為5，所以MnO₄^-系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺系數(shù)為5，再根據(jù)元素守恒（電荷守恒），配平其它物質(zhì)的系數(shù)．
②參加反應(yīng)的MnO₄^-的物質(zhì)的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據(jù)離子方程式計(jì)算n（Fe²⁺），根據(jù)元素守恒，氧化物中鐵元素的質(zhì)量等于Fe²⁺的質(zhì)量．
③參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量為10g-3.6g=6.4g，銅發(fā)生反應(yīng)Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．由反應(yīng)可知硫酸與氧化物反應(yīng)后的溶液中鐵離子n（Fe³⁺）=2n（Cu），亞鐵離子n（Fe²⁺）=0.25mol-n（Fe³⁺），判斷氧化物中鐵離子與亞鐵離子數(shù)目比，據(jù)此書寫化學(xué)式．
解答：①錳元素化合價由MnO₄^-中+7價降低為Mn²⁺中+2價，鐵元素化合價由+2價升高為+3價，化合價升降的最小公倍數(shù)為5，所以MnO₄^-系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺系數(shù)為5，根據(jù)原子守恒可知Mn²⁺系數(shù)為1，F(xiàn)e³⁺系數(shù)為5，根據(jù)氧原子守恒可知H₂O系數(shù)為4，根據(jù)氫原子守恒確定H⁺系數(shù)為8，離子方程式為8H⁺+1MnO₄^-+5Fe²⁺═1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
故答案為：8、1、5、1、5、4．
②參加反應(yīng)的MnO₄^-的物質(zhì)的量為2mol?L^-1×0.025L=0.05mol，根據(jù)離子方程式可知n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.05mol=
0.25mol，根據(jù)元素守恒，氧化物中鐵元素的質(zhì)量等于Fe²⁺的質(zhì)量為0.25mol×56g/mol=14g．所以鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=56%．
答：鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%．
③參加反應(yīng)的銅的質(zhì)量為10g-3.6g=6.4g，物質(zhì)的量為=0.1mol，銅發(fā)生反應(yīng)Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺．由反應(yīng)可知硫酸與氧化物反應(yīng)后的溶液中n（Fe³⁺）=2n（Cu）=0.2mol，所以n（Fe²⁺）=0.25mol-0.2mol=0.05mol，所以鐵的氧化物中
n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=0.2mol：0.05mol=4：1，故該鐵氧化物可表示為2 Fe₂O₃?FeO或 Fe₅O₇．
答：氧化物Fe_mO_n的化學(xué)式為2 Fe₂O₃?FeO或 Fe₅O₇．
點(diǎn)評：考查氧化還原反應(yīng)反應(yīng)配平、計(jì)算等，難度中等，③關(guān)鍵是判斷氧化物中鐵離子與亞鐵離子數(shù)目比．