Question

鐵觸媒（鐵的氧化物）是硫酸工業(yè)的催化劑。某同學(xué)設(shè)計(jì)了以下兩種方案研究鐵觸媒的組成。

方案一：用下列裝置測(cè)定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

方案二：用下列實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

（1）步驟④中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、膠頭滴管和　　         　 。

（2）因?yàn)橥ㄈ隒l₂不足量，“溶液B”中還含有       會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。

（3）因?yàn)橥ㄈ隒l₂過(guò)量且加熱煮沸不充分，“溶液B”中可能含有Cl₂。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)Cl₂，完成下列實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

    限選試劑：0.1mol·L^－1酸性KMnO₄溶液、紫色石蕊試液、品紅稀溶液、淀粉-KI溶液、0.1moL·L^－1KSCN溶液

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論

 

（4）“干燥管C”的作用是                                                  。

（5）稱取15.2g鐵觸媒進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)。充分反應(yīng)后，測(cè)得“干燥管B”增重11.0g，則該鐵觸媒的化學(xué)式可表示為                                    。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1）250mL容量瓶  （2分）

（2）FeCl₂ 或者FeSO₄或者Fe²⁺   （2分）

（3）方案一：

實(shí)驗(yàn)操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取適量溶液B于試管中，滴加 2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現(xiàn)象，放置一段時(shí)間后，在觀察現(xiàn)象。（2分）	若溶液顯紅色后，紅色有褪去，則溶液B中含Cl2（2分）；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl2（2分）

 

方案二：

實(shí)驗(yàn)操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取適量溶液B于試管中，滴加 2-3滴品紅稀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象（2分）	若溶液褪色，則溶液B中含Cl2（2分）；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl2（2分）

   

（4）防止空氣中的CO₂和水蒸氣進(jìn)入B中       （2分）

（5）Fe₄O₅ 或2FeO·Fe₂O₃     （3分）

【解析】

試題分析：（1）步驟④為配制一定濃度的溶液，按實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的先后順序，需要的儀器有燒杯、玻璃棒、250mL容量瓶、膠頭滴管；（2）由于鐵觸媒的主要成分是鐵的氧化物，鐵的氧化物都是堿性氧化物，可溶于足量稀硫酸，則溶液A的主要成分是硫酸鐵、硫酸亞鐵和硫酸，氯氣具有強(qiáng)氧化性，亞鐵離子具有還原性，則通入氯氣的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，若氯氣不足，則溶液B中除硫酸鐵外還有硫酸亞鐵或氯化亞鐵，亞鐵離子的存在會(huì)影響滴定時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，影響測(cè)定結(jié)果；（3）若通入氯氣過(guò)量，則溶液中只含有鐵離子，不含亞鐵離子，鐵離子對(duì)檢驗(yàn)溶液中可能含有的氯氣有干擾，因?yàn)樗鼈兌季哂醒趸�性，都能使淀�?KI溶液變藍(lán)，因此不能選擇淀粉-KI溶液檢驗(yàn)氯氣的存在與否，也不能選擇酸性高錳酸鉀溶液或KSCN溶液，因?yàn)樗鼈兣c氯氣相遇時(shí)無(wú)明顯變化，只能根據(jù)氯氣與水反應(yīng)生成鹽酸的酸性和次氯酸的強(qiáng)氧化性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；方案一：取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現(xiàn)象，放置一段時(shí)間后，再觀察現(xiàn)象，若溶液顯紅色后，紅色有褪去，則溶液B中含Cl₂；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl₂；方案二：取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴品紅稀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象，若溶液褪色，則溶液B中含Cl₂；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl₂；（4）干燥管B中堿石灰的目的是吸收CO與鐵觸媒反應(yīng)生成的二氧化碳，干燥管C中堿石灰的目的是防止空氣中的CO₂和水蒸氣進(jìn)入B中，干擾鐵觸媒組成的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；（5）由于堿石灰與過(guò)量的CO不反應(yīng)，只能吸收CO₂，則干燥管B增加的質(zhì)量就是A中反應(yīng)生成的CO₂的質(zhì)量，由于CO₂的相對(duì)分子質(zhì)量為44，m/M=n，則n(CO₂)=11.0g÷44g/mol=0.25mol；根據(jù)碳元素守恒可得關(guān)系式：CO～CO₂，則參加反應(yīng)的n(CO)= n(CO₂)=0.25mol，由于n•M=m，則m(CO)=0.25mol×28g/mol=7.0g；由于m(CO₂)—m(CO)= 11.0g—7.0g=4.0g，根據(jù)氧元素質(zhì)量守恒可得，鐵觸媒中氧元素的質(zhì)量為4.0g；由于鐵觸媒的質(zhì)量為15.2g，則其中鐵元素的質(zhì)量為15.2g—4.0g=11.2g；由于m/M=n，則n(Fe)=11.2g÷56g/mol=0.20mol，則n(O)=4.0g÷16g/mol=0.25mol；鐵觸媒中鐵、氧原子的物質(zhì)的量之比為0.20∶0.25=4∶5，則鐵觸媒的化學(xué)式為Fe₄O₅ 或2FeO·Fe₂O₃。

考點(diǎn)：考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，涉及配制一定體積溶液所用儀器、溶液B的主要成分、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)溶液B中是否含有氯氣的方案、干燥管C中堿石灰的作用、鐵觸媒化學(xué)師的測(cè)定和計(jì)算等。