Question

以硫鐵礦（主要成分為FeS₂）為原料制備氯化鐵晶體（FeCl₃?6H₂O）的工藝流程如下：

（1）氧化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

 

，檢驗(yàn)氧化生成的陽(yáng)離子的試劑是

 

．
（2）尾氣中主要含N₂、O₂、SO₂和少量的CO₂、H₂O，取標(biāo)準(zhǔn)狀況下的尾氣V L測(cè)定SO₂含量：
方案一：讓尾氣緩慢通過(guò)以下裝置．

①C儀器的名稱是

 

，該裝置的作用是

 

．
②實(shí)驗(yàn)時(shí)先通入尾氣，再通入一定量氮?dú)猓�若通過(guò)B裝置的增重來(lái)測(cè)量SO₂的體積分?jǐn)?shù)．你認(rèn)為該方案是否合理

 

，請(qǐng)說(shuō)明理由

 

（若方案合理該空不必填寫）．
方案二：將尾氣緩慢通過(guò)足量溴水，在所得的溶液中加入過(guò)量氯化鋇溶液后，過(guò)濾，將沉淀洗滌、干燥，稱得其質(zhì)量為m g．
①加入過(guò)量氯化鋇溶液的目的是

 

．
②進(jìn)行沉淀洗滌的方法是

 

．
③SO₂含量的表達(dá)式是

 

（用含m、V的代數(shù)式表示）．
（3）從FeCl₃溶液中得到FeCl₃?6H₂O晶體的操作包括

 

、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾，該過(guò)程需保持鹽酸過(guò)量，結(jié)合必要的離子方程式說(shuō)明原因

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：根據(jù)流程，黃鐵礦在高溫下煅燒可以得到鐵的氧化物，將其溶于鹽酸中，可以得到含有亞鐵離子、鐵離子的鹽溶液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，氯化鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）氯氣能將亞鐵離子氧化為鐵離子，檢驗(yàn)鐵離子可以使用硫氰化鉀溶液；
（2）方案一：①盛放堿石灰的儀器是干燥管，堿石灰還能吸收空氣中的二氧化碳和水，注意防止空氣中水以及二氧化碳的干擾；
②堿石灰可以吸收二氧化碳和二氧化硫；
方案二：①二氧化硫可以和溴水之間反應(yīng)得到硫酸，硫酸和氯化鋇之間反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，為保證硫酸根轉(zhuǎn)化為沉淀需要氯化鋇過(guò)量；
②根據(jù)沉淀的洗滌方法來(lái)回答；
③根據(jù)沉淀的質(zhì)量結(jié)合硫元素守恒得到二氧化硫的體積含量進(jìn)而計(jì)算體積分?jǐn)?shù)；
（3）對(duì)溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體，但是要注意防止鐵離子水解．

解答： 解：黃鐵礦在高溫下煅燒可以得到鐵的氧化物，將其溶于鹽酸中，可以得到含有亞鐵離子、鐵離子的鹽溶液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，氯化鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體．
（1）黃鐵礦在高溫下煅燒可以得到鐵的氧化物，將其溶于鹽酸中，可以得到含有亞鐵離子、鐵離子的鹽溶液，向其中通入氯氣，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，氧化過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺，檢驗(yàn)鐵離子可以使用硫氰化鉀溶液，現(xiàn)象是顯示紅色，
故答案為：2Fe²⁺+Cl₂=2Cl^-+2Fe³⁺；KSCN溶液；
（2）方案一：二氧化硫?qū)儆谒嵝詺怏w，能被堿石灰吸收，B中堿石灰增重的質(zhì)量即為二氧化硫的質(zhì)量，
①盛放堿石灰的儀器是干燥管，堿石灰增重的質(zhì)量即為二氧化硫的質(zhì)量，但是堿石灰還能吸收空氣中的二氧化碳和水，所以C中的堿石灰是吸收空氣中的水以及二氧化碳的，防止進(jìn)入B中干擾試驗(yàn)結(jié)果，
故答案為：干燥管；防止空氣中的水蒸氣、CO₂被B裝置吸收；
②尾氣中主要含N₂、O₂、SO₂和少量的CO₂、H₂O，其中的水被濃硫酸吸收，但是堿石灰吸收的是二氧化碳和二氧化硫的總質(zhì)量，測(cè)得的體積分?jǐn)?shù)會(huì)偏大，所以不能根據(jù)堿石灰增重來(lái)確定二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)，
故答案為：否；尾氣中的CO₂也能被B裝置吸收使所測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大；
方案二：二氧化硫可以和溴水之間反應(yīng)得到硫酸，硫酸和氯化鋇之間反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，根據(jù)沉淀的質(zhì)量結(jié)合S元素守恒可以得到二氧化硫的量，進(jìn)而計(jì)算體積分?jǐn)?shù)；
①加入過(guò)量氯化鋇溶液的目的是使生成的SO₄^2-完全轉(zhuǎn)化為沉淀，故答案為：使生成的SO₄^2-完全轉(zhuǎn)化為沉淀；
②沉淀的洗滌方法：在漏斗中加蒸餾水至恰好沒(méi)過(guò)沉淀，待水流下后再重復(fù)2～3次此操作，故答案為：在漏斗中加蒸餾水至恰好沒(méi)過(guò)沉淀，待水流下后再重復(fù)2～3次此操作；
③硫酸鋇沉淀的質(zhì)量是mg，所以硫元素的物質(zhì)的量=

m

233

mol=二氧化硫的物質(zhì)的量，所以VL尾氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)是：

m 233 ×22.4

V

×100%=

2240m

233V

%；
故答案為：

2240m

233V

%；
（3）氯化鐵溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶就可以得到氯化鐵的晶體，但是必須在鹽酸環(huán)境中進(jìn)行，防止鐵離子水解，保證鹽酸過(guò)量，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，過(guò)量鹽酸能夠抑制Fe³⁺水解．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道物質(zhì)的分離制備的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)題，考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，注意知識(shí)的遷移和應(yīng)用是解題的關(guān)鍵，難度較大．