Question

【題目】某化學興趣小組同學對于生活中流傳的“吃菠菜補鐵”之說產生興趣，設計實驗進行相關探究。檢索文獻表明，菠菜中的鐵元素以草酸亞鐵的形式存在，草酸亞鐵是一種淡黃色難溶于水的晶體。

I.菠菜中鐵元素含量的測定

(1)取100g洗凈晾干的新鮮菠菜，切碎后裝入___________中，放入烘箱燒成灰燼。

(2)將灰燼用25mL 2mol/L硫酸溶液溶解，加熱煮沸一分鐘，過濾后滴加適量H2O2溶液并稀釋至100mL，取2mL加入5滴KSCN溶液。H2O2用量不可過大，否則溶液將先變紅后褪色，褪色的原因是_________________________________。

(3)取不同濃度的___________[填“(NH4)2Fe(SO4)2”或“NH4Fe(SO4)2”]標準溶液各2mL，分別滴加5滴KSCN溶液，發現與步驟(2)中溶液顏色最接近的標準溶液濃度為0.4×10-3mol/L。

(4)經計算可得，每100g新鮮菠菜中含有鐵元素的質量約為___________ mg(保留1位有效數字)，按人體5%吸收率，為滿足每日20mg的鐵元素需求，每天需要吃菠菜___________kg。

Ⅱ.草酸亞鐵晶體(FeC2O4·nH2O)的分解實驗

(1)從環保角度考慮，該套實驗裝置的明顯缺陷是___________。

(2)實驗開始后，裝置B中出現渾濁證明分解產物中存在CO的現象是___________；將充分反應后的固體殘余物投入經煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色。

(3)稱取7.2g草酸亞鐵晶體放入裝置A硬質玻璃管中，加熱后(假設各步驟反應完全)，測得裝置A硬質玻璃管中殘余固體2.88g，裝置F硬質玻璃管中固體質量減輕0.64g，則草酸亞鐵晶體分解的化學方程式為_________________________________。

Answer 1

【答案】坩堝 H2O2將SCN-氧化 NH4Fe(SO4)2 2 20 缺少尾氣吸收裝置 裝置D中不出現渾濁，裝置G中出現渾濁，且裝置F內固體黑色變紅色 FeC2O4·2H2OFeO+CO↑+CO2↑+2H2O

【解析】

I.(1)固體物質灼燒要在坩堝中進行；

(2)從H2O2具有的氧化性分析;

(3)根據Fe3+遇SCN-變為血紅色分析；

II.(1)草酸亞鐵晶體受熱分解會產生一氧化碳，一氧化碳有毒，擴散到空氣中會污染環境；

(2)CO具有還原性，在F中在加熱時發生反應：CuO+COCu+CO2，通過D中石灰水不變渾濁，G中石灰水變渾濁判斷；

(3)殘留固體是FeO，根據其物質的量計算草酸亞鐵晶體的物質的量，F減少的質量是O元素的質量，利用CO與CuO反應的物質的量關系，計算出CO的物質的量，利用C元素守恒可得CO2的物質的量，再根據質量守恒可得水的質量，最后利用物質的量的比得到草酸亞鐵晶體的化學式及其分解的化學方程式。

I.(1) 將新鮮的菠菜洗凈，切碎后裝入坩堝中，放入烘箱燒成灰燼；

(2)用稀硫酸溶解灰燼，加熱煮沸一分鐘，使反應物充分接觸，溶解，過濾除去濾渣，向濾液中滴加適量H2O2溶液，將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，加入KSCN溶液檢驗Fe3+的存在，若H2O2用量過大，由于H2O2具有強的氧化性，會將溶液中SCN-氧化為(SCN)2氣體，使溶液先變紅后褪色；

(3)在步驟(2)中鐵元素變為+3價的Fe3+，Fe3+遇KSCN溶液變為紅色；在(NH4)2Fe(SO4)2中Fe為+2價，在NH4Fe(SO4)2中Fe為+3價，所以選擇的標準溶液為NH4Fe(SO4)2；100g菠菜的灰燼配制成了100mL溶液，其中2mL溶液中含有Fe的物質的量為n=0.4×10-3mol/L×0.002L=8×10-6mol，則100g新鮮菠菜中含有鐵元素的質量m(Fe)= 8×10-6mol×=2.24×10-3g=2.24mg≈2mg；按人體5%吸收率，為滿足每日20mg的鐵元素需求，每天一個人需Fe的質量為m=20mg÷5%=400mg=0.4g，由于100g菠菜含有Fe質量為2mg，所以一個人一天需要吃菠菜(400mg×100)÷2=20000g=20kg；

Ⅱ.(1)草酸亞鐵晶體受熱分解會產生FeO、CO、CO2、H2O，一氧化碳是有毒氣體，擴散到空氣中會污染環境，所以從環保角度考慮，該套實驗裝置的明顯缺陷是沒有處理尾氣處理；

(2)在裝置A中草酸亞鐵晶體受熱分解，反應方程式是FeC2O4·2H2OFeO+CO↑+CO2↑+2H2O，產生的氣體通過裝置B，檢驗CO2氣體，然后通過裝置C吸收除去CO2，然后通過裝置D檢驗CO2已經被除干凈，再通過E中的濃硫酸進行CO氣體的干燥，在F中CO與CuO在加熱時發生反應：CuO+COCu+CO2，產生的CO2氣體進入G裝置，可看到澄清石灰水變渾濁，且裝置F內固體黑色變紅色，從而可證明反應產生了CO氣體；

(3)n(FeO)=2.88g÷72g/mol=0.04mol，根據Fe元素守恒可知草酸亞鐵晶體的物質的量是0.04mol，根據方程式CuO+COCu+CO2可知F中減少的質量是CuO中O元素的質量，其物質的量與CO的物質的量相等，則n(CO)=n(O)=，由于草酸亞鐵晶體分解時產生CO與CO2的物質的量相等，所以n(CO2)= n(CO)=0.04mol，m(CO)=0.04mol×28g/mol=1.12g，m(CO2)= 0.04mol×44g/mol=1.76g，所以根據化學反應過程中質量守恒，可知反應產生的水的質量是m(H2O)= 7.2g-2.88g-1.12g-1.76g=1.44g，n(H2O)=1.44g÷18g/mol=0.08mol，所以n(晶體)：n(FeO)：n(CO)：n(CO2)：n(H2O)=0.04：0.04：0.04：0.04：0.08=1：1：1：1：2，所以草酸亞鐵晶體化學式是FeC2O4·2H2O，該物質分解的化學方程式為：2O4·2H2OFeO+CO↑+CO2↑+2H2O。