Question

2．黄色固体聚合硫酸铁（SPFS）是一种重要的无机高分子絮凝剂，极易溶于水，作为工业和生活污水处理等领域具有重要的应用．SPFS可表示成Fe_x（OH）_y（SO₄）_z=nH₂O．工业上常用的一种制备流程为：（绿矾化学式为FeSO₄•7H₂O）
绿矾$→_{酸性介质}^{NaClO_{3}}$ $\stackrel{水解、聚合}{→}$ $\stackrel{减压蒸发}{→}$SPFS
在SPFS的多个质量指标中，盐基度是重要的质量指标之一，盐基度定义为：盐基度=n（OH^-）/3n（ Fe）×100%．式中n（OH^-）、n（Fe）分别表示固体聚合硫酸铁中OH^一和Fe的物质的量．试回答下列问题．
（1）在绿矾中加人酸性介质的NaCIO₃目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺．
（2）实验室进行“蒸发”时用到的仪器有铁架台（带铁圈）、酒精灯和蒸发皿、玻璃棒
（3）SPFS溶于水后并与水反应生成氢氧化铁胶体 能吸附水中的悬浮物来净化水．
（4）取15.05g某固体聚合硫酸铁溶解于水，向其中加人过量的BaCI₂溶液到沉淀完全，经过滤、洗涤、干燥得白色沉淀20.97g．向上述滤液中加人NH₃•H₂O，调节溶液pH=6，经过滤、洗涤、干燥得Fe₂O₃固体5.60g．该固体聚合硫酸铁的盐基度为 14.29%．
（5）计算出该固体聚合硫酸铁样品的化学式Fe₇（OH）₃（SO₄）₉•11H₂O（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）加入次氯酸钾、酸性介质，氯酸根离子具有氧化性，亚铁离子具有还原性，亚铁离子被氧化；
（2）实验室进行“蒸发”时用到的仪器有铁架台（带铁圈）、酒精灯和蒸发皿、玻璃棒；
（3）SPFS溶于水后并与水反应生成氢氧化铁胶体能吸附水中的悬浮物来净化水；
（4）根据Fe元素守恒计算n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃），白色沉淀20.97g为BaSO₄，而n（SO₄^2-）=n（BaSO₄），再根据电荷守恒计算n（OH^-），再根据盐基度定义式计算；
（5）由聚合硫酸铁的质量，结合（4）各离子物质的量计算n（H₂O），计算n（Fe³⁺）：n（OH^-）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）比例关系确定化学式．

解答 解：（1）在绿矾中加入酸性介质的NaClO₃目的是：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；
（2）实验室进行“蒸发”时用到的仪器有铁架台（带铁圈）、酒精灯和蒸发皿、玻璃棒，
故答案为：蒸发皿、玻璃棒；
（3）SPFS溶于水后并与水反应生成氢氧化铁胶体能吸附水中的悬浮物来净化水，
故答案为：氢氧化铁胶体；
（4）根据Fe元素守恒：n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=$\frac{5.6g}{160g/mol}$×2=0.07 mol，
白色沉淀20.97g为BaSO₄，n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=$\frac{20.97g}{233g/mol}$=0.09mol，
根据电荷守恒：n（OH^-）=3×n（Fe³⁺）-2×n（SO₄^2-）=3×0.07mol-2×0.09mol=0.03mol，
则盐基度=$\frac{0.03mol}{0.07mol×3}$×100%=14.29%，
故答案为：14.29%；
（5）n（Fe³⁺）=0.07 mol，m（Fe³⁺）=0.07mol×56g/mol=3.92g
n（SO₄^2-）=0.09mol，m（SO₄^2-）=0.09mol×96g/mol=8.64g，
n（OH^-）=0.03mol，m（OH^-）=0.03mol×17g/mol=0.51g，
m（H₂O）=15.05g-3.92g-8.64g-0.51g=1.98g，则n（H₂O）=$\frac{1.98g}{18g/mol}$=0.11mol
n（Fe³⁺）：n（OH^-）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.07：0.03：0.09：0.11=7：3：9：11，
故该固体聚合硫酸铁样品的化学式为：Fe₇（OH）₃（SO₄）₉•11H₂O，
故答案为：Fe₇（OH）₃（SO₄）₉•11H₂O．

点评 本题考查物质制备实验，涉及物质的性质、胶体的性质及化学计算等问题，题目难度中等，做题时注意分析题中关键信息、明确实验流程中的反应、物质的量关系等为解答的关键，充分考查了学生的分析、化学实验、化学计算能力．