Question

【題目】聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學組成可表示為[Fex（OH）y（SO4）z]m ． 某中學化學興趣小組以聚合硫酸鐵的生產(chǎn)流程和相關(guān)性質(zhì)進行了一系列的探究． Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業(yè)生產(chǎn)．
如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

回答下列問題
（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為 ． “過篩”與化學實驗中的原理相似（填操作名稱）．
（2）酸浸時最合適的酸是 ， 寫出鐵銹與該酸反應的化學反應方程式 ．
（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+ ． 你認為下列氧化劑中最合適的是（填標號），原因是 ． A．KMnO4B．Cl2C．H2O2D．HNO3
（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是 ．
A.有利于水分蒸發(fā)
B.降低沸點，防止晶體分解
C.降低生產(chǎn)成本
（5）Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究． 該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學式，進行了如下實驗：
①稱取5.52g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；
②向①所得的混合物中加入足量的BaCl2溶液，充分反應后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66g．
③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20g．
則聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為 ．
試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式 ．
（6）Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產(chǎn)物成分探究． 該小組將5.52g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產(chǎn)物進行實驗探究．（已知SO3的熔點為16.8℃）．
【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO3；
假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；
假設3：所得氣體的成分是 ．
（7）【設計實驗】 按下圖裝置進行實驗．

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是 ．
【實驗結(jié)論】
通過實驗現(xiàn)象判斷，假設成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質(zhì)量為 ．

Answer 1

【答案】
（1）氧化鐵；過濾
（2）稀硫酸；Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O
（3）C；不引入其他雜質(zhì)
（4）AB
（5）2：4：1；3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O
（6）SO3、SO2、O2
（7）吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣；3；3.2
【解析】解：Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵，“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似． 故填：氧化鐵；過濾．（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質(zhì)；
鐵銹中的氧化鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應的化學反應方程式為：Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O．
故填：稀硫酸；Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O．（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+ ， 下列氧化劑中最合適的是H2O2 ， 這是因為利用過氧化氫做氧化劑不會帶入新的雜質(zhì)．
故選：C．（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)有利于水分蒸發(fā)，能夠降低沸點，防止晶體分解．
故選：AB．Ⅱ．設硫酸根離子質(zhì)量為x，

Ba2++	SO42﹣=	BaSO4 ，
	96	233
	x	4.66g

= ，
x=1.92g，
若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后得到氫氧化鐵沉淀，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵、稱重，得固體3.20g，說明氧化鐵質(zhì)量是3.20g，則鐵離子質(zhì)量為：3.20g ×100%=2.24g，
則聚合硫酸鐵中氫氧根離子質(zhì)量為：5.52g﹣1.92g﹣2.24g=1.36g，
x：y：z= ： ： =2：4：1．
故填：2：4：1．
該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式為：3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O．
故填：3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O．Ⅲ．【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO3；
假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；
假設3：所得氣體的成分是 SO3、SO2、O2 ．
故填：SO3、SO2、O2 ．
【設計實驗】裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
故填：吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
B中無水硫酸銅變藍說明生成水，C中U形管內(nèi)有無色晶體析出是在冰水結(jié)晶的，根據(jù)信息“已知SO3的熔點為16.8℃”，可知晶體為三氧化硫，D中品紅溶液褪色，說明生成二氧化硫，所以應該是假設3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，根據(jù)顏色以及質(zhì)量守恒定律可得固體為氧化鐵．
設生成的氧化鐵的質(zhì)量為x（這個化學方程式配平可以用待定系數(shù)法，最好是借助化合價升降法）

4Fe2（OH）4SO4	4Fe2O3+2SO2↑+2SO3↑+O2↑+8H2O
1104	640
5.52g	x

=
x=3.2g
故填：3；3.2g
【考點精析】本題主要考查了鐵銹的主要成分和書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式的相關(guān)知識點，需要掌握鐵生銹的條件是：鐵與O2、水接觸（鐵銹的主要成分：Fe2O3XH2O）；注意：a、配平 b、條件 c、箭號才能正確解答此題．