Question

聚合硫酸铁（PFS）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理．现用一定质量的铁的氧化物（如下图）为原料来制取聚合硫酸铁，为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe ²⁺．实验步骤如下：

（1）实验室用18.4mol?L^-1的浓硫酸配制250mL4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管（一种带有刻度的移液管）外，还需______．
（2）步骤II取样分析溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺的含量，目的是______．
A．控制溶液中Fe²⁺与Fe³⁺含量比　　　 B．确定下一步还原所需铁的量
C．确定氧化Fe²⁺所需NaClO₃的量　　　D．确保铁的氧化物酸溶完全
（3）写出步骤Ⅳ中用NaClO₃氧化时的离子方程式______（提示：ClO₃^-转化为Cl^-）；
已知1mol HNO₃的价格为0.16元，1mol NaClO₃的价格为0.45元，评价用HNO₃代替NaClO₃作为氧化剂的利弊，利是______，弊是______．
（4）为了分析产品聚合硫酸铁溶液中SO₄^2-与Fe³⁺物质的量之比，有人设计了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，白色沉淀经过过滤、洗涤、干燥后，称重，其质量为m g．
（b）另取25mL聚合硫酸铁溶液，加足量铜粉，充分反应后过滤、洗涤，将滤液和洗液合并配成250mL溶液，取该溶液25.00mL，用KMnO₄酸性溶液滴定，到达终点时用去0.1000mol/L KMnO₄标准溶液VmL．反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
回答下列问题：
①判断（a）步骤溶液中SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是______；
②在（b）步骤中判断达到终点的现象是______；
③聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量之比为______（用含m、V的代数式表示）．

Answer 1

解：（1）配制一定量分数硫酸溶液需要的仪器有：胶头滴管、量筒、玻璃棒、烧杯．故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）因为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe²⁺，所以确定下一步还原所需铁的量，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺，需要确定氧化Fe²⁺所需NaClO₃的量．故答案为：BC；
（3）Fe²⁺由+2价升高到+3价，ClO₃^-中Cl的化合价从+5价降低到-1价，得6Fe²⁺+ClO₃^-+H⁺--6Fe³⁺+Cl^-，由电荷守恒、质量守恒得：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，从环保和成本方面考虑利是原料成本较低，弊是产生气体对大气有污染．故答案为：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； 原料成本较低；产生气体对大气有污染；
（4））①判断SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全，
故答案为：取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②达到终点时高锰酸钾过量，溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色，故答案为：溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色
③25mL溶液中含聚合硫酸铁中SO₄^2-的物质的量为：mol，
设Fe³⁺的物质的量为x：
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
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0.1mol/L×0.001VL
解得x=mol，故答案为：
分析：（1）根据配制一定量分数溶液的步骤：计算、称量、溶解，确定所用的仪器；
（2）为控制水解时Fe³⁺的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe³⁺必须先还原为Fe²⁺，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺；
（3）根据氧化还原反应中化合价升降相等以及电荷守恒、质量守恒来解答，从环保和成本方面考虑；
（4）①判断SO₄^2-离子已沉淀完全的方法是取上层清夜，滴加BaCl₂溶液，若无沉淀产生，则溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②达到终点时高锰酸钾过量，溶液由浅蓝色变为浅紫红色，且半分钟内不变色；
③分别求出聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量（用含m、V的代数式表示）．
点评：本题以铁及其化合物为载体，以流程图形式考查了氧化还原反应知识、元素化合物的知识．