Question

7．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(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）若將H₂換成CO，則還需補(bǔ)充尾氣處理裝置．
（3）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%．
Ⅱ．鐵礦石中含鐵量的測(cè)定

（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)夜?jié)櫹?br />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^-1的KI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）若將H₂換成CO，由于CO有毒，所以實(shí)驗(yàn)最后要有尾氣處理裝置；
（3）反應(yīng)后裝置B增重1.35g，即氫氣和氧化鐵反應(yīng)后生成的水的質(zhì)量，可以根據(jù)氧守恒來(lái)計(jì)算；
Ⅱ、鐵礦石先用足量的稀硫酸溶解，過(guò)濾除去雜質(zhì)，得到只含鐵的離子的溶液，再通氯氣將溶液中的鐵的離子氧化成三價(jià)鐵離子，再用碘化鉀來(lái)滴定，據(jù)此分析計(jì)算；
（1）煮沸可以將水中的氣體趕跑；
（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)滴定試驗(yàn)以及滴定過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)誤差分析知識(shí)來(lái)回答判斷；
（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．Ⅰ中裝置B增重1.35g為生成水的質(zhì)量，根據(jù)氧元素守恒5g礦石中計(jì)算n（O），Ⅱ中步驟⑥發(fā)生2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，根據(jù)消耗KI溶液體積計(jì)算n（Fe³⁺），根據(jù)Fe元素守恒計(jì)算10g礦石中n（Fe），據(jù)此確定氧化物化學(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）若將H₂換成CO，由于CO有毒，所以實(shí)驗(yàn)最后要有尾氣處理裝置，
故答案為：尾氣處理；
（3）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)即生成的水的質(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%；
Ⅱ．鐵礦石先用足量的稀硫酸溶解，過(guò)濾除去雜質(zhì)，得到只含鐵的離子的溶液，再通氯氣將溶液中的鐵的離子氧化成三價(jià)鐵離子，再用碘化鉀來(lái)滴定；
（1）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(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，
故答案為：趕走溶液中溶解的過(guò)量的Cl₂；
（2）容量瓶是一種定容儀器，若是稀釋到250mL，則采用的儀器有：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，但是亞鐵離子的綠色會(huì)產(chǎn)生干擾作用，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．
故選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，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．Ⅰ中裝置B增重1.35g為生成水的質(zhì)量，根據(jù)氧元素守恒，5g礦石中n（O）=n（H₂O）=$\frac{1.35g}{18g/mol}$=0.075mol，10g礦石中n（O）=0.15mol，
Ⅱ中步驟⑥發(fā)生2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，n（Fe³⁺）=0.02L×0.5mol/L×$\frac{250mL}{20mL}$=0.125mol，故10礦石中n（Fe）=n（Fe³⁺）=0.125mol，
故n（Fe）：n（O）=0.125mol：0.15mol=5：6，即化學(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，該題是高考中的常見(jiàn)題型，屬于中等難度的試題，側(cè)重對(duì)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?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作能力；該類試題綜合性強(qiáng)，理論和實(shí)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(guò)的知識(shí)和技能，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論．