Question

15．鐵礦石是工業(yè)煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（設(shè)雜質(zhì)中不含鐵元素和氧元素，且雜質(zhì)不與H₂SO₄反應(yīng)），某研究性學(xué)習(xí)小組對(duì)某鐵礦石中鐵的氧化物的化學(xué)式進(jìn)行探究．
Ⅰ．鐵礦石中含氧量的測(cè)定；
①按如圖1組裝儀器，檢查裝置的氣密性；
②將5.0g鐵礦石放入硬質(zhì)玻璃管中，裝置B、C中的藥品都為堿石灰（詳見(jiàn)圖示，夾持儀器省略）
③從左端導(dǎo)氣管口處不斷地緩緩?fù)ㄈ際₂，待C裝置出口處H₂驗(yàn)純后，點(diǎn)燃A處酒精燈
④充分反應(yīng)后，撤掉酒精燈，再持續(xù)通入氫氣至完全冷卻．
（1）裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和CO₂進(jìn)入B中，影響測(cè)定結(jié)果；
（2）測(cè)的反應(yīng)后裝置B增重1.35g，則鐵礦石中氧的百分含量為24%；
（3）若將H₂換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣處理裝置．
Ⅱ．鐵礦石中含鐵量的測(cè)定如圖2所示
（1）步驟④中煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過(guò)量的Cl₂；
（2）步驟⑤中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶；
（3）下列有關(guān)步驟⑥的操作中說(shuō)法正確的是df
a．因?yàn)榈馑疄辄S色，所以滴定過(guò)程中不需加指示劑
b．滴定過(guò)程中可利用淀粉溶液作為指示劑
c．滴定管用蒸餾水洗滌后可以直接裝液
d．錐形瓶不需要用待測(cè)液潤(rùn)洗
e．滴定過(guò)程中，眼睛注視滴定管中液面變化
f．滴定結(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復(fù)原來(lái)的顏色再讀數(shù)
（4）若滴定過(guò)程中消耗0.5000mol•L^-1KI溶液20.00ml，則鐵礦石中鐵的百分含量為70%；
Ⅲ．由Ⅰ、Ⅱ可以推算出該鐵礦石中鐵的氧化物的化學(xué)式為Fe₅O₆．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）B中的堿石灰是吸收置換反應(yīng)生成的水的，為了防止空氣成分對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，要加一個(gè)裝置吸收空氣中的水以及二氧化碳；
（2）反應(yīng)后裝置B增重1.35g，即氫氣和氧化鐵反應(yīng)后固體質(zhì)量的增加值，可以根據(jù)差量法來(lái)計(jì)算；
（3）若將H₂換成CO，CO有毒，不能排入空氣中；
Ⅱ．（1）煮沸可以排除水中的氯氣，防止實(shí)驗(yàn)誤差；
（2）根據(jù)稀釋液體和配制一定體積的溶液所選擇的儀器來(lái)回答；
（3）根據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)以及滴定過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)誤差分析知識(shí)判斷；
（4）根據(jù)元素守恒和化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行計(jì)算；
Ⅲ．根據(jù)鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算出鐵的氧化物的化學(xué)式．

解答 解：Ⅰ．（1）該實(shí)驗(yàn)中，氫氣和氧化鐵反應(yīng)生成金屬鐵和水，根據(jù)固體質(zhì)量的變化來(lái)計(jì)算鐵的含量，B處的干燥管作用是吸收產(chǎn)生的水蒸氣，所以C裝置要防止防止空氣中的水蒸氣和CO₂進(jìn)入B中，影響測(cè)定結(jié)果，
故答案為：防止空氣中的水蒸氣和CO₂進(jìn)入B中，影響測(cè)定結(jié)果；
（2）測(cè)的反應(yīng)后裝置B增重1.35g，根據(jù)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，增加的是氧元素的質(zhì)量，所以氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{\frac{1.35}{18}×16}{5.0}$×100%=24%，
故答案為：24%；
（3）因CO有毒，不能排放到空氣中，應(yīng)加尾氣處理裝置，
故答案為：尾氣處理；
Ⅱ．（1）向鐵礦石中加入硫酸，酸化反應(yīng)生成硫酸的鐵鹽溶液，還存在過(guò)量的硫酸溶液，加入過(guò)量的氯氣，煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過(guò)量的Cl₂，否則會(huì)影響與KI的反應(yīng)，帶來(lái)實(shí)驗(yàn)誤差，
故答案為：趕走溶液中溶解的過(guò)量的Cl₂；
（2）若稀釋到250mL，采用的儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，
故答案為：250mL容量瓶；
（3）a．碘水為黃色，三價(jià)鐵離子也是黃色溶液，滴定過(guò)程中需加指示劑，故a錯(cuò)誤；
b．滴定過(guò)程中，三價(jià)鐵可以和碘離子發(fā)生反應(yīng)生成亞鐵離子和碘單質(zhì)，碘單質(zhì)遇到淀粉溶液顯示藍(lán)色，不能確定是否達(dá)到滴定終點(diǎn)，故b錯(cuò)誤；
c．滴定管用蒸餾水洗滌后必須用標(biāo)準(zhǔn)液潤(rùn)洗，故c錯(cuò)誤；
d．錐形瓶不需要用待測(cè)液潤(rùn)洗，故d正確；
e．滴定過(guò)程中，眼睛注視錐形瓶中顏色的變化，故e錯(cuò)誤；
f．滴定結(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復(fù)原來(lái)的顏色再讀數(shù)，故f正確．
故答案為：df；
（4）由于所取溶液（含F(xiàn)e³⁺）的體積與消耗KI溶液的體積相等，反應(yīng)的方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，結(jié)合方程式可知，c（Fe³⁺）=c（KI）=0.5mol•L^-1，所以鐵元素的百分含量為：$\frac{0.5mol/L×0.25L×56g/mol}{10g}$×100%=70%，
故答案為：70%；
Ⅲ．鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是70%，氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是24%，所以100g鐵礦石中，鐵元素的質(zhì)量是70g，氧元素質(zhì)量是24g，鐵元素和氧元素的物質(zhì)的量比為：$\frac{70}{56}$：$\frac{24}{16}$=5：6，鐵的氧化物的化學(xué)式為：Fe₅O₆，
故答案為：Fe₅O₆．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究鐵礦石中氧元素和鐵元素的含量的方法，是一道探究物質(zhì)的組成、測(cè)量物質(zhì)的含量知識(shí)的一道綜合考查題，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，為高考常見(jiàn)題型，綜合性強(qiáng)，難度中等．