Question

【題目】工業上采用FeSO4和NaOH為主要原料、在堿性條件下通入空氣氧化沉淀制備鐵磁粉Fe3O4，其原理如下:

①FeSO4 +2NaOH==Fe(OH)2↓ +Na2SO4

②4Fe(OH)2+O2 +2H2O= =4Fe(OH)3↓

③Fe(OH)2+2Fe(OH)3 Fe3O4+4H2O

硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度:

溫度/℃	0	10	30	50	60	70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0	35.3	33.0	30.5	27.0

I.（問題討論）

(1)溶解時，所用熱水的溫度約為___________，目的是_______________________________________。

(2)副產品芒硝的化學式是_______________________。

(3)為了檢驗產品是否洗滌干凈，需要進行的實險操作是________________________________。

II.（組成確定）

資料顯示:①鐵的氯氧化物在受熱時分解生成鐵的氧化物(化合價不變);

②Fe2O3和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe3O4 ,再生成FeO(黑色)，最后生成Fe。

為確定用以上方法制得的產品的純度，稱取23.28g該樣品利用圖2裝置進行實驗探究。

(1)該組同學欲通過稱量B裝置反應前后的質量變化來計算并確認該樣品中的雜質。B中的最佳試劑是________(填字母)，B中帶孔玻璃球泡的作用是____________________________________。

A.澄清石灰水 B.氫氧化鈉濃溶液 C.稀鹽酸 D.水

(2)上述實驗過程中，CO氣體除作為反應物外，能起到的作用還有:

①實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發生爆炸；

②停止加熱后，繼續通CO氣體，防止生成物被氧化，防止B中的溶液倒吸入A中，還可以_______，以提高實驗的精確度。

(3)利用儀器測定并繪制出反應過程中A裝置中玻璃管內的固體質量隨溫度的變化曲線，如圖3:

①樣品中含有的雜質成分是_____________________(填化學式)。

②樣品中雜質的質量分數為_____ %(保留2位小數)。

Answer 1

【答案】 60℃ 該溫度時硫酸亞鐵的溶解度較大，增大其溶解量 Na2SO4·10H2O 取最后一次洗滌的濾液于試管中，先加入鹽酸酸化再加入BaCl2溶液，若無白色沉淀，說明已經洗滌干凈 B 使液體與氣體充分接觸 將產生的CO2全部趕入裝置B中 Fe2O3 10.31

【解析】(1) 根據FeSO4的溶解度表可知，50℃至80℃時FeSO4的溶解度較大，其它溫度下溶解度較小，不利于溶解，溶解時，所用熱水的溫度約為60℃為宜，控制溫度為60℃的目的是該溫度時硫酸亞鐵的溶解度較大，增大其溶解量；正確答案：60℃；該溫度時硫酸亞鐵的溶解度較大，增大其溶解量。

(2) FeSO4與NaOH反應除了生成Fe(OH )2，還生成Na2SO4，故副產物芒硝化學式是Na2SO4·10H2O；正確答案：Na2SO4·10H2O。

(3) 沉淀的成分為Fe(OH)2和Fe(OH)3，其中含有雜質Na2SO4，要得到純凈的產品，必須將沉淀洗滌干凈，因此過濾、洗滌后進行的操作過程為：取最后一次洗滌的濾液于試管中，加入鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無白色沉淀，說明已經洗滌干凈；正確答案：取最后一次洗滌的濾液于試管中，先加入鹽酸酸化再加入BaCl2溶液，若無白色沉淀，說明已經洗滌干凈。

II. （1）CO和Fe3O4反應生成CO2氣體，吸收CO2氣體的最好的試劑為NaOH溶液，故B中的最佳試劑為NaOH；B中帶孔玻璃球泡的作用是使液體與氣體充分接觸，有利于充分反應；正確答案：B；使液體與氣體充分接觸。

（2）CO還可以將產生的CO2氣體全部趕入裝置B中，提高實驗的準確率；正確答案：將產生的CO2全部趕入裝置B中。

（3）①若樣品中只有Fe3O4，加熱過程中固體質量下降應只有兩段，而現在樣品的質量下降有三段，故樣品中除了Fe3O4外還有其他成分，沉淀M為Fe(OH)2和Fe(OH)3的混合物，加熱時除生成Fe3O4外，Fe(OH)3加熱分解能生成Fe2O3，故Fe3O4樣品中含有的雜質成分為Fe2O3；正確答案：Fe2O3 。

②設Fe2O3和Fe3O4的物質的量分別為x、y，根據鐵原子守恒有2x+3y=（16.80/56）mol =0.3mol，根據質量有：160x+232y=23.28，所以解得y=0.09mol，故樣品中Fe3O4的質量分數=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%，樣品中雜質Fe2O3的質量分數為1-89.69%=10.31%；正確答案：10.31。