Question

17．绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O，M=278g/mol）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分．实验室利用硫酸厂的烧渣（主要成分为Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂），制备绿矾的过程如下：

（上述过程所加试剂均过量）
试回答：
（1）操作Ⅰ为过滤（填写操作名称）．
（2）试剂Y与溶液X反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（3）检验所得绿矾晶体中含有Fe²⁺的实验操作是将少许所得晶体放入KSCN溶液不变色，再向溶液中加入氯水变成红色．
（4）操作Ⅲ的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）某同学用酸性KMnO₄溶液测定绿矾产品中Fe²⁺含量：
a．称取11.5g绿矾产品，溶解、配制成1000mL溶液；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL．
①步骤a配制溶液时需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外，还需1000mL容量瓶．
②该同学设计的下列滴定方式，最合理的是b（夹持部分略去）（填字母序号）．

③滴定时发生反应的离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
④判断此滴定实验达到终点的方法是滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成紫色且半分钟不再褪色；若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO₄溶液液面，其他操作均正确，则使测定结果偏低（填“偏高”“偏低”或“无影响”）．
⑤计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为96.7%．

Answer 1

分析 硫酸厂烧渣与硫酸、氧气反应，过滤分离得到滤液X和不溶物I（S、二氧化硅等）；滤液X主要为Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄等，加入铁粉生成硫酸亚铁溶液，还可除去未反应的硫酸，过滤除去未反应的Fe，滤液为硫酸亚铁溶液，再通过浓缩蒸发、冷却结晶得到绿矾．
（1）对照操作Ⅰ前后的物质变化，可知操作Ⅰ是过滤；
（2）加入Fe将Fe³⁺还原为Fe²⁺，还可除去未反应的硫酸；
（3）Fe²⁺的检验可以用KSCN氯水法；
（4）操作Ⅲ是从溶液中获得晶体；
（5）①配制溶液，显然要用到容量瓶，应该注意容量瓶的规格；
②高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化橡胶管，应该用酸式滴定管，注意减少氧气的氧化；
③酸性高锰酸钾具有强氧化性，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Mn²⁺；
④高锰酸钾溶液本身是紫红色，不用添加指示剂，根据溶液颜色判断终点；滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO₄溶液液面，液面在刻度线下方，所读高锰酸钾溶液的体积偏小；
⑤根据消耗高锰酸钾计算n（Fe²⁺），而n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺），进而计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：硫酸厂烧渣与硫酸、氧气反应，过滤分离得到滤液X和不溶物I（S、二氧化硅等）；滤液X主要为Fe₂（SO₄）₃、H₂SO₄等，加入铁粉生成硫酸亚铁溶液，还可除去未反应的硫酸，过滤除去未反应的Fe，滤液为硫酸亚铁溶液，再通过浓缩蒸发、冷却结晶得到绿矾．
（1）操作Ⅰ是将互不相溶的固体与液体分离，可知操作Ⅰ是过滤，
故答案为：过滤；
（2）加入Fe将Fe³⁺还原为Fe²⁺，还可除去未反应的硫酸，反应离子方程式为：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺、Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（3）Fe²⁺的检验方法：将少许所得晶体放入KSCN溶液不变色，再向溶液中加入氯水变成红色，
故答案为：将少许所得晶体放入KSCN溶液不变色，再向溶液中加入氯水变成红色；
（4）操作Ⅲ是从溶液中获得晶体，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到晶体，
故答案为：蒸发浓缩、洗涤；
（5）①配制溶液，显然要用到容量瓶，需要1000mL容量瓶，
故答案为：1000mL容量瓶；
②高锰酸钾溶液具有强氧化性，能氧化橡胶管，应该用酸式滴定管，c装置与空气接触比较大，易被氧气氧化，故选：b；
③酸性高锰酸钾具有强氧化性，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Mn²⁺，反应离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
④高锰酸钾溶液本身是紫红色，不用添加指示剂，滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成紫色且半分钟不再褪色，说明反应到达终点，
滴定终点读取滴定管刻度时，俯视KMnO₄溶液液面，液面在刻度线下方，所读高锰酸钾溶液的体积偏小，测定结果偏低，
故答案为：滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成紫色且半分钟不再褪色；偏低；
⑤25mL溶液消耗高锰酸钾为0.02L×0.01mol/L=0.0002mol，由5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知11.5g绿矾产品中n（Fe²⁺）=5×0.0002mol×$\frac{1000mL}{25mL}$=0.04mol，而n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺）=0.004mol，样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为$\frac{0.04mol×278g/mol}{11.5g}$×100%=96.7%，
故答案为：96.7%．

点评 本题考查物质的制备，涉及物质的分离提纯、溶液配制、氧化还原反应滴定、物质含量测定等，题目难度中等，关键是明确制备原理及化学实验基本操作．