Question

3．鐵礦石的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)小組對某鐵礦石中鐵的價態(tài)和氧化物的化學(xué)式進(jìn)行探究．
【提出假設(shè)】
假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價鐵     假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價鐵    假設(shè)3：鐵礦石中含+2、+3價鐵
【定型探究】
實驗（一）
取鐵礦石樣品粉碎，盛裝于燒杯中，加入適量稀硫酸，微熱，充分溶解后將濾液分成4份：①向第一份中加入少量KSCN溶液；②向第二份中加入適量高錳酸鉀溶液；③向第三份中加入少量KSCN，再加入適量雙氧水；④向第四份中加入適量氫氧化鈉溶液．
（1）上述方案中一定能證明鐵礦石中含有+2價鐵的方案是②．
【定量探究】
實驗（二）鐵礦石中含氧量的測定
①按上圖組裝儀器，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中的藥品如圖所示（夾持儀器均省略）；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驗純后，點燃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．

（2）裝置C的作用為防止空氣中的水蒸氣和CO₂進(jìn)入B中，影響測定結(jié)果．
（3）測得反應(yīng)后裝置B增重1.35g，則鐵礦石中氧的百分含量為24%．
（4）若將H₂換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣吸收裝置．
實驗（三）．鐵礦石中含鐵量的測定

（5）步驟④中煮沸的作用是趕走溶液中溶解的過量的Cl₂；步驟⑤中用到的玻璃儀器有：250mL容量瓶．
（6）若滴定過程中消耗0.5000mol•L^-1的KI溶液20.00mL，則鐵礦石中鐵的百分含量為70%．由以上數(shù)據(jù)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 【提出假設(shè)】依據(jù)假設(shè)1、2分析推斷假設(shè)3為鐵礦石中含+2、+3價鐵；
【定性研究】（1）依據(jù)實驗步驟②加入高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子；
【定量研究】
（2）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實驗的影響，要加一個裝置吸收空氣中的水以及二氧化碳；
（3）依據(jù)裝置D中水的質(zhì)量，結(jié)合氧元素守恒計算含氧元素質(zhì)量，得到鐵礦石中氧的百分含量；
（4）一氧化碳有毒不能排放空氣中，若將H₂換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣吸收裝置；
（5）煮沸可以將水中的氣體趕跑；根據(jù)稀釋液體和配制一定體積的溶液所選擇的儀器來回答；
（6）根據(jù)元素守恒和化學(xué)反應(yīng)方程式進(jìn)行計算；根據(jù)鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氧元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算出鐵的氧化物的化學(xué)式．

解答 解：【提出假設(shè)】假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價鐵；假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價鐵；依據(jù)假設(shè)1、2，結(jié)合鐵元素存在的化合價，分析推斷假設(shè)3為鐵礦石中含+2、+3價鐵，
故答案為：鐵礦石中含+2、+3價鐵；
【定性研究】（1）依據(jù)實驗步驟②，向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，加入高錳酸鉀溶液褪色證明被還原，證明含有亞鐵離子，
故答案為：②；
【定量研究】
（2）該實驗中，氫氣和氧化鐵反應(yīng)生成金屬鐵和水，根據(jù)固體質(zhì)量的變化來計算鐵的含量，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，影響測定結(jié)果；
（3）依據(jù)水的質(zhì)量計算含氧元素質(zhì)量得到鐵礦石中氧的百分含量，測的反應(yīng)后裝置D增重1.35g，根據(jù)反應(yīng)的實質(zhì)，增加的是水的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：$\frac{\frac{1.35g}{18g/mol}×16g/mol}{5.0g}$×100%=24%，
故答案為：24%；
（4）一氧化碳有毒不能排放空氣中，若將H₂換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣吸收裝置，
故答案為：尾氣吸收；
（5）向鐵礦石中加入硫酸，化反應(yīng)生成硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸溶液，加入過量的氯氣，煮沸后可以降低氯氣的溶解度，趕走溶液中溶解的過量的Cl₂，將原溶液稀釋到250mL，需要使用的玻璃儀器儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，還缺少250mL容量瓶，
故答案為：趕走溶液中溶解的過量的Cl₂；250mL容量瓶；
（6）根據(jù)反應(yīng)的方程式為2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂可知，消耗的碘離子與鐵離子物質(zhì)的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI），即：0.5000mol•L^-1×0.020L=c（Fe³⁺）×0.02L，解得c（Fe³⁺）=0.5mol•L^-1，所以鐵元素的百分含量為：$\frac{0.5000mol/L×0.250L×56g/mol}{10.0g}$×100%=70%，
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，
故答案是：70%；Fe₅O₆ ．

點評 本題考查了探究鐵礦石中氧元素和鐵元素的含量的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計、操作能力；該類試題綜合性強(qiáng)，理論和實踐的聯(lián)系緊密，要求學(xué)生必須認(rèn)真、細(xì)致的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論．