Question

14．易溶于水的三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于攝影和藍色印刷．以鐵屑為原料的制備流程如圖1：

請回答下列問題：
（1）鐵屑中常含硫元素，加稀硫酸時會產(chǎn)生有毒的H₂S氣體，可用氫氧化鈉溶液吸收，下列吸收裝置正確的是圖2中的A．

（2）制得的FeSO₄溶液中需加入少量的H₂SO₄酸化，目的是防止Fe²⁺的水解．若要從溶液中得到綠礬FeSO₄•7H₂O，必須進行的實驗操作是bcae（按順序填寫）．
a．過濾洗滌  b．蒸發(fā)濃縮  c．冷卻結(jié)晶  d．灼燒  e．干燥
（3）該晶體鹽在110℃可完全失去結(jié)晶水，繼續(xù)升高溫度可發(fā)生分解反應(yīng)．
①分解得到的氣體產(chǎn)物用如圖3裝置進行實驗

裝置檢查氣密性后，先通一段時間N₂，其目的為排出裝置中的空氣，防止干擾實驗結(jié)果．結(jié)束實驗時先熄滅酒精燈再通入N₂至常溫，其目的為防止液體回流（或倒吸）．實驗過程中觀察到B、F中澄清石灰水都變渾濁，E中有紅色固體生成，則氣體產(chǎn)物是CO₂、CO．
②分解得到的固體產(chǎn)物含有K₂CO₃、FeO、Fe，加水溶解、過濾、洗滌、干燥，得到含鐵樣品．現(xiàn)設(shè)計下列三種實驗方案對該樣品進行鐵元素含量測定．
【甲】a g樣品$→_{攪拌}^{足量稀硝酸}$溶液$→_{攪拌}^{足量NaOH}$$→_{烘干灼燒}^{過濾洗滌}$得固體b g
【乙】a g樣品$→_{攪拌}^{足量稀硫酸}$$\stackrel{測量氣體體積}{→}$量氣測得氣體體積V_a mL
【丙】a g樣品$→_{溶解配制}^{足量稀鹽酸}$250mL溶液$→_{用酸性KMnO_{4}溶液滴定}^{每次取25mL溶液}$三次平均消耗0.1mol•L^-1酸性KMnO₄溶液V_b mL
你認為以上方案中丙無法確定樣品的組成，理由是使用鹽酸溶解樣品，氯離子也可以被高錳酸根離子氧化．
【甲】方案中測得鐵元素的含量是$\frac{7b}{10a}$×100%（用含有a、b的代數(shù)式表達）

Answer 1

分析 （1）洗氣裝置中導(dǎo)氣管應(yīng)該采用“長進短出”原則；
（2）Fe²⁺易水解導(dǎo)致溶液渾濁，酸能抑制Fe²⁺水解；
若要從溶液中得到綠礬FeSO₄•7H₂O，應(yīng)該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥操作；
（3）三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體在110℃可完全失去結(jié)晶水，繼續(xù)升高溫度可發(fā)生分解反應(yīng)，根據(jù)元素守恒推測得到的產(chǎn)物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，A加熱三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體分解，B裝置澄清石灰水檢驗二氧化碳存在，C足量氫氧化鈉吸收二氧化碳，D濃硫酸干燥氣體，E中有黑色氧化銅，實驗現(xiàn)象B中有沉淀出現(xiàn)，則證明有二氧化碳產(chǎn)生，F(xiàn)中溶液均變渾濁，則E中發(fā)生一氧化碳還原氧化銅的反應(yīng)，現(xiàn)象是粉末由黑色變?yōu)榧t色，紅色固體生成，則證明有一氧化碳生成；
①根據(jù)實驗原理生成的金屬銅能被氧氣氧化，應(yīng)將裝置中的空氣排凈，注意裝置的倒吸現(xiàn)象；
②高錳酸鉀具有氧化性，能將氯離子氧化，這樣會干擾實驗結(jié)果，對比三項試驗方案得到結(jié)論；
根據(jù)Fe元素混合計算Fe元素質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量分數(shù)公式計算其質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）洗氣裝置中導(dǎo)氣管應(yīng)該采用“長進短出”原則，符合條件的是A，故選A；
（2）Fe²⁺易水解導(dǎo)致溶液渾濁，酸能抑制Fe²⁺水解，為防止亞鐵離子水解，應(yīng)該加入少量稀硫酸；
若要從溶液中得到綠礬FeSO₄•7H₂O，應(yīng)該采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥操作，
故答案為：防止Fe²⁺的水解；bcae；
（3）①三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體在110℃可完全失去結(jié)晶水，繼續(xù)升高溫度可發(fā)生分解反應(yīng)，根據(jù)元素守恒推測得到的產(chǎn)物可能是K₂CO₃、FeO、Fe、CO₂、CO，一氧化碳還原氧化銅，得到的金屬銅可被氧氣氧化，所以實驗開始先通一段時間N₂，將裝置中的空氣排凈，實驗結(jié)束時，為防止倒吸，應(yīng)該先熄滅酒精燈再通入N₂至常溫，實驗過程中觀察到B、F中澄清石灰水都變渾濁，即證明二氧化碳產(chǎn)生，E中有紅色固體生成，證明還原性的氣體CO的產(chǎn)生，
故答案為：排除裝置中的空氣，防止干擾實驗結(jié)果；防止液體回流（或倒吸）；CO₂、CO；
②在實驗方案丙中，先是用鹽酸溶解，最后加入高錳酸鉀后，高錳酸鉀具有氧化性，能將亞鐵離子以及氯離子氧化，這樣會導(dǎo)致得到的亞鐵離子的含量偏高，干擾實驗結(jié)果，無法確定樣品的組成；
甲中樣品溶解過程中亞鐵離子被氧化生成鐵離子，F(xiàn)e ³⁺和OH^-反應(yīng)生成Fe（OH）₃沉淀，灼燒沉淀得到固體是Fe₂O₃，
根據(jù)Fe原子守恒得n（Fe）=2n[Fe₂O₃]=2×$\frac{bg}{160g/mol}$=$\frac{80}$mol，
則樣品中Fe元素質(zhì)量分數(shù)=$\frac{\frac{80}mol×56g/mol}{ag}$×100%=$\frac{7b}{10a}$×100%，
故答案為：丙方案；使用鹽酸溶解樣品，氯離子也可以被高錳酸根離子氧化；$\frac{7b}{10a}$×100%．

點評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點，涉及物質(zhì)的分離和提純、實驗基本操作、物質(zhì)的量的有關(guān)計算等知識點，明確物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)與其分離提純方法關(guān)系、實驗基本操作規(guī)范性是解本題關(guān)鍵，易錯點是（3）題實驗評價，注意：鹽酸能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，題目難度中等．