Question

7．聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型高效的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，廣泛用于水的處理．現(xiàn)用一定質(zhì)量的鐵的氧化物（如圖）為原料來(lái)制取聚合硫酸鐵，為控制水解時(shí)Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe ²⁺．實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）實(shí)驗(yàn)室用18.4mol•L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和量筒外，還需250mL容量瓶、膠頭滴管．
（2）在步驟（1）配制250mL4.8mol•L^-1的硫酸溶液過(guò)程中，下列操作會(huì)使配置的溶液的濃度偏高的是BC
A．用量筒量取濃硫酸時(shí)，俯視讀數(shù)
B．把量筒中的濃硫酸轉(zhuǎn)移到燒杯中稀釋后，用少量蒸餾水洗滌一下量筒內(nèi)壁，同時(shí)把洗滌液也轉(zhuǎn)移到燒杯中
C．稀釋后的硫酸溶液及時(shí)用玻璃棒引流轉(zhuǎn)移到容量瓶中
D．移夜時(shí)容量瓶?jī)?nèi)壁未干燥，殘留有水
（3）寫(xiě)出步驟Ⅳ中用NaClO₃氧化時(shí)的離子方程式6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O（提示：ClO₃^-轉(zhuǎn)化為Cl^-）；已知1mol HNO₃的價(jià)格為0.16元，1mol NaClO₃的價(jià)格為0.45元，評(píng)價(jià)用HNO3代替NaClO₃作為氧化劑的利弊，利是原料成本較低，弊是產(chǎn)生氣體對(duì)大氣有污染．
（4）為了分析產(chǎn)品聚合硫酸鐵溶液中SO₄^2-與Fe³⁺ 物質(zhì)的量之比，有人設(shè)計(jì)了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，白色沉淀經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥后，稱(chēng)重，其質(zhì)量為m g．
（b）另取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量銅粉，充分反應(yīng)后過(guò)濾、洗滌，將濾液和洗液合并配成250mL溶液，取該溶液25.00mL，用KMnO₄酸性溶液滴定，到達(dá)終點(diǎn)時(shí)用去0.1000mol/L KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液VmL．反應(yīng)的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
回答下列問(wèn)題：
①判斷（a）步驟溶液中SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全_；
②在（b）步驟中判斷達(dá)到終點(diǎn)的現(xiàn)象是溶液由淺藍(lán)色變?yōu)闇\紫紅色，且半分鐘內(nèi)不變色；
③聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$（用含m、V的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)配制一定量分?jǐn)?shù)溶液的步驟：計(jì)算、稱(chēng)量、溶解，確定所用的儀器；
（2）滴定過(guò)程中產(chǎn)生的誤差依據(jù)滴定原理就是式分析，c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$，把產(chǎn)生的誤差全部歸納為標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積判斷產(chǎn)生的誤差；
（3）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價(jià)升降相等以及電荷守恒、質(zhì)量守恒來(lái)解答，從環(huán)保和成本方面考慮；
（4）①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達(dá)到終點(diǎn)時(shí)高錳酸鉀過(guò)量，溶液由淺藍(lán)色變?yōu)闇\紫紅色，且半分鐘內(nèi)不變色；
③分別求出聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質(zhì)的量（用含m、V的代數(shù)式表示）．

解答 解：（1）配制一定量分?jǐn)?shù)硫酸溶液需要的儀器有：膠頭滴管、量筒、玻璃棒、燒杯．
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）因滴定過(guò)程中產(chǎn)生的誤差依據(jù)滴定原理就是式分析，c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$，
A．用量筒量取濃硫酸時(shí)，俯視讀數(shù)，量取的濃硫酸體積減小，配制得到的溶液濃度減小，故A錯(cuò)誤；
B．把量筒中的濃硫酸轉(zhuǎn)移到燒杯中稀釋后，用少量蒸餾水洗滌一下量筒內(nèi)壁，同時(shí)把洗滌液也轉(zhuǎn)移到燒杯中，避免了溶質(zhì)的損失，故B正確；
C．稀釋后的硫酸溶液及時(shí)用玻璃棒引流轉(zhuǎn)移到容量瓶中，硫酸溶解放熱形成的熱溶液未經(jīng)冷卻，會(huì)導(dǎo)致溶液體積增大，冷卻到常溫下容量瓶中 溶液體積未達(dá)到刻度，溶液濃度增大，故C正確；
D．移液時(shí)容量瓶?jī)?nèi)壁未干燥，殘留有水，對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)影響，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（3）Fe²⁺由+2價(jià)升高到+3價(jià)，ClO₃^-中Cl的化合價(jià)從+5價(jià)降低到-1價(jià)，得6Fe²⁺+ClO₃^-+H⁺--6Fe³⁺+Cl^-，由電荷守恒、質(zhì)量守恒得：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，從環(huán)保和成本方面考慮利是原料成本較低，弊是產(chǎn)生氣體對(duì)大氣有污染．
故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； 原料成本較低；產(chǎn)生氣體對(duì)大氣有污染；
（4））①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全，
故答案為：取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無(wú)沉淀產(chǎn)生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達(dá)到終點(diǎn)時(shí)高錳酸鉀過(guò)量，溶液由淺藍(lán)色變?yōu)闇\紫紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，
故答案為：溶液由淺藍(lán)色變?yōu)闇\紫紅色，且半分鐘內(nèi)不變色  
③25mL溶液中含聚合硫酸鐵中SO₄^2-的物質(zhì)的量為：$\frac{m}{233}$mol，
設(shè)Fe³⁺的物質(zhì)的量為x：
         5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
                1        5
  0.1mol/L×0.001VL     $\frac{x}{10}$
解得x=$\frac{V}{200}$mol，
聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$，
故答案為：$\frac{m}{233}$：$\frac{V}{200}$．

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵及其化合物為載體，以流程圖形式考查了氧化還原反應(yīng)知識(shí)、元素化合物的知識(shí)，注意風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)基本操作的分析，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．