Question

15．實驗室里用硫酸廠燒渣（主要成分為鐵的氧化物及少量FeS、SiO₂等）制備聚鐵（堿式硫酸鐵的聚合物）和綠礬（FeSO₄•7H₂O），其過程如圖1所示：

（1）畫出鐵的原子結(jié)構(gòu)示意圖，
（2）過程①中，F(xiàn)eS和O₂、H₂SO₄反應(yīng)的化學方程式為4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S．
（3）過程③中，需要加入的物質(zhì)名稱是Fe（或鐵）．過程④的實驗操作蒸發(fā)結(jié)晶．
（4）過程⑥中，將溶液Z加熱到70℃～80℃，目的是促進Fe³⁺的水解．
（5）8.34g FeSO₄•7H₂O樣品在隔絕空氣條件下受熱脫水過程的熱重曲線（樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線）如圖2所示．下列說法中正確的是D
A．溫度為78℃時固體物質(zhì)M的化學式為FeSO₄•5H₂O
B．溫度為159℃時固體物質(zhì)N的化學式為FeSO₄•3H₂O
C．在隔絕空氣條件下由N得到P的化學方程式為FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+SO₃↑
D．取適量380℃時所得的樣品P，隔絕空氣加熱至650℃，得到一種固體物質(zhì)Q，同時有兩種無色氣體生成，Q的化學式為Fe₂O₃
（6）實驗室為測定所得到的聚鐵樣品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)，進行下列實驗．①用分析天平稱取樣品2.700g；②將樣品溶于足量鹽酸后，加入足量的氯化鋇溶液；③過濾、洗滌、干燥、稱量，得固體質(zhì)量為3.495g．若該聚鐵主要成分為[Fe（OH）SO₄]_n，則該聚鐵中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為31.1%．

Answer 1

分析 （1）鐵為26號元素第ⅤⅢ族，四個電子層，最外層2個電子；
（2）根據(jù)反應(yīng)物和生成物的種類結(jié)合質(zhì)量守恒書寫化學方程式；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制備綠礬，應(yīng)加入Fe使之還原為Fe²⁺；過程④是溶液中得到溶質(zhì)晶體可以通過蒸發(fā)結(jié)晶得到；
（4）過程⑥目的為促進的水解，加熱有利于水解的進行；
（5）8.34g FeS0₄•7H₂0樣品物質(zhì)的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂0）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶體全部失去結(jié)晶水，固體的質(zhì)量應(yīng)為8.34g-3.78g=4.56g，可知在加熱到373℃之前，晶體失去部分結(jié)晶水，結(jié)合質(zhì)量的變化可確定在不同溫度時加熱后固體的化學式，加熱至633℃時，固體的質(zhì)量為2.40g，其中n（Fe）=n（ FeS0₄•7H₂0）=0.03mol，m（Fe）=0.03mol×56g/mol=1.68g，則固體中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，則n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，則固體物質(zhì)Q的化學式為Fe₂O₃，以此解答該題．
（6）根據(jù)n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）計算．

解答 解：（1）鐵為26號元素第ⅤⅢ族，四個電子層，最外層2個電子，原子結(jié)構(gòu)示意圖為：，
故答案為：；
（2）反應(yīng)物為FeS、O₂和H₂SO₄，生成物有S，根據(jù)質(zhì)量守恒還應(yīng)有Fe₂（SO₄）₃和H₂O，
反應(yīng)的化學方程式為4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S，
故答案為：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂（SO₄）₃+6H₂O+4S；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制備綠礬，應(yīng)加入Fe使之還原為Fe²⁺，加入鐵可生成Fe²⁺，并且不引入新的雜質(zhì)，過程④是溶液中得到溶質(zhì)晶體可以通過蒸發(fā)結(jié)晶得到，
故答案為：Fe（或鐵），蒸發(fā)結(jié)晶；
（4）過程⑥目的為促進的水解，加熱有利于水解的進行，促進Fe³⁺的水解，
故答案為：促進Fe³⁺的水解；
（5）8.34g FeS0₄•7H₂0樣品物質(zhì)的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂0）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶體全部失去結(jié)晶水，固體的質(zhì)量應(yīng)為8.34g-3.78g=4.56g，可知在加熱到373℃之前，晶體失去部分結(jié)晶水，
A．溫度為78℃時，固體質(zhì)量為6.72g，其中m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂0）=6.72g-4.56g=2.16g，n（H₂0）=$\frac{2.16g}{18g/mol}$=0.12mol，則n（H₂0）：n（FeS0₄）=0.12mol：0.03mol=4：1，則化學式為FeSO₄•4H₂O，故A錯誤；
B．溫度為l59℃時，固體質(zhì)量為5.10g，其中m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂0）=5.10g-4.56g=0.54g，n（H₂0）=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，則n（H₂0）：n（FeS0₄）=0.03mol：0.03mol=1：1，則化學式為FeSO₄•H₂O，故B錯誤；
C．m（FeS0₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，則在隔絕空氣條件下由N得到P的化學方程式為FeSO₄•H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeS0₄+H₂0，故C錯誤；
D．加熱至633℃時，固體的質(zhì)量為2.40g，其中n（Fe）=n（ FeS0₄•7H₂0）=0.03mol，m（Fe）=0.03mol×56g/mol=1.68g，則固體中m（O）=2.40g-1.68g=0.72g，n（O）=$\frac{0.72g}{16g/mol}$=0.045mol，則n（Fe）：n（O）=0.03mol：0.045mol=2：3，則固體物質(zhì)Q的化學式為Fe₂O₃，故D正確．
故選D．
故答案為：D．
（6）過濾、洗滌、干燥，稱量，得固體質(zhì)量為3.495g，應(yīng)為BaSO₄沉淀，
n（BaSO₄）=$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，
則n（Fe³⁺）=n（SO₄^2-）=0.015mol，
m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
ω（Fe）=$\frac{0.84g}{2.7g}$×100%=31.1%，
故答案為：31.1%

點評 本題考查較為綜合，涉及物質(zhì)含量的測定、制備實驗方案的設(shè)計等知識，題目難度較大，注意常見化學實驗操作方法．