Question

6．铁矿石是工业炼铁的主要原料之一，其主要成分为铁的氧化物（设杂质中不含铁元素和氧元素，且杂质不与H₂SO₄反应）．某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究．
Ⅰ．铁矿石中含氧量的测定
①按如图组装仪器，检验装置的气密性；
②将5.0g铁矿石放入硬质玻璃管中，装置B、C中的药品如图所示（夹持仪器均省略）；
③从左端导气管口处不断地缓缓通入H₂，待C装置出口处H₂验纯后，点燃A处酒精灯；
④充分反应后，撤掉酒精灯，再持续通入氢气至完全冷却．
（1）补全步骤①的操作检验装置的气密性．
（2）装置C的作用为防止空气中的水蒸气和CO₂进入B中，影响测定结果．
（3）测得反应后装置B增重1.35g，则铁矿石中氧的质量百分含量为24%．
Ⅱ．

（1）步骤④中煮沸的作用是赶走溶液中溶解的过量的Cl₂．
（2）下列有关步骤⑥的操作中说法正确的是df．
a．因为碘水为黄色，所以滴定过程中不需加指示剂
b．滴定过程中可利用淀粉溶液作为指示剂
c．滴定管用蒸馏水洗涤后可以直接装液
d．锥形瓶不需要用待测液润洗
e．滴定过程中，眼睛注视滴定管中液面变化
f．滴定结束后，30s内溶液不恢复原来的颜色，再读数
（3）若滴定过程中消耗0.5000mol•L^-1的KI溶液22.50mL，则铁矿石中铁的质量百分含量为70%．
Ⅲ．由Ⅰ、Ⅱ可以推算出该铁矿石中铁的氧化物的化学式为Fe₅O₆．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）由于该实验中有气体通过装置参加 反应，所以实验开始要检验装置的气密性；
（2）B中的碱石灰是吸收置换反应生成的水的，为了防止空气成分对实验的影响，要加一个装置吸收空气中的水以及二氧化碳；
（3）反应后装置B增重1.35g，即氢气和氧化铁反应后生成的水的质量，可以根据氧守恒来计算；
Ⅱ、铁矿石先用足量的稀硫酸溶解，过滤除去杂质，得到只含铁的离子的溶液，再通氯气将溶液中的铁的离子氧化成三价铁离子，再用碘化钾来滴定，据此分析计算；
（1）煮沸可以将水中的气体赶跑；
（2）根据滴定试验以及滴定过程中的实验误差分析知识来回答判断；
（3）根据元素守恒和化学反应方程式进行计算；
Ⅲ．Ⅰ中装置B增重1.35g为生成水的质量，根据氧元素守恒5g矿石中计算n（O），Ⅱ中步骤⑥发生2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂，根据消耗KI溶液体积计算n（Fe³⁺），根据Fe元素守恒计算10g矿石中n（Fe），据此确定氧化物化学式．

解答 解：（1）由于该实验中有气体通过装置参加 反应，所以实验开始要检验装置的气密性，
故答案为：检验装置的气密性；
（2）该实验中，氢气和氧化铁反应生成金属铁和水，根据固体质量的变化来计算铁的含量，B处的干燥管作用是吸收产生的水蒸气，所以C装置要防止防止空气中的水蒸气和CO₂进入B中，影响测定结果，
故答案为：防止空气中的水蒸气和CO₂进入B中，影响测定结果；（3）测的反应后装置B增重1.35g，根据反应的实质，增加的是水的质量，根据质量守恒定律，所以铁矿石中氧的百分含量是：$\frac{\frac{1.35}{18}×16}{5.0}$×100%=24%，
故答案为：24%；
Ⅱ、（1）向铁矿石中加入硫酸，化反应生成硫酸的铁盐溶液，还存在过量的硫酸溶液，加入过量的氯气，煮沸后可以降低氯气的溶解度，赶走溶液中溶解的过量的Cl₂，
故答案为：赶走溶液中溶解的过量的Cl₂；
（2）a．碘水为黄色，三价铁离子也是黄色溶液，滴定过程中需加指示剂，故a错误；
b．滴定过程中，三价铁可以和碘离子发生反应生成亚铁离子和碘单质，碘单质遇到淀粉溶液显示蓝色，不能确定是否达到滴定终点，故b错误；
c．滴定管用蒸馏水洗涤后必须用标准液润洗，故c错误；
d．锥形瓶不需要用待测液润洗，故d正确；
e．滴定过程中，眼睛注视锥形瓶中颜色的变化，故e错误；
f．滴定结束后，30s内溶液不恢复原来的颜色再读数，故f正确．
故答案为：df；
（3）根据反应的方程式为2Fe³⁺+2I^-=2Fe²⁺+I₂可知，消耗的碘离子与铁离子物质的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI），即：0.4000mol•L^-1×0.025L=c（Fe³⁺）×0.02L，解得c（Fe³⁺）=0.5mol•L^-1，所以铁元素的百分含量为：$\frac{0.5mol/L×0.25L×56g/mol}{10g}$×100%=70%，
故答案为：70%；
Ⅲ．铁的质量分数是70%，氧元素的质量分数是24%，
所以100g铁矿石中，铁元素的质量是70g，氧元素质量是24g，铁元素和氧元素的物质的量比为：$\frac{70}{56}$：$\frac{24}{16}$=5：6，
铁的氧化物的化学式为：Fe₅O₆，
故答案是：Fe₅O₆ ．

点评 本题考查了探究铁矿石中氧元素和铁元素的含量的方法，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力；该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，全面细致的思考才能得出正确的结论．