Question

11．实验室里用某工厂烧渣（主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO₂等）来制备绿矾（FeSO₄•7H₂O）和聚铁（碱式硫酸铁的聚合物），其过程如下：

（1）若用浓硫酸配制过程①所需的250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需要250mL容量瓶、胶头滴管．
（2）过程②用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有坩埚（填仪器名称），该过程产生的尾气会对大气造成污染，可选用下列试剂中的c吸收．
a．浓硫酸　　　b．蒸馏水　　　c．NaOH溶液　　　d．浓硝酸
（3）过程③中，需要加入的物质名称是铁，检验溶液X中金属阳离子是否完全转化的试剂为硫氰化钾溶液（填试剂名称）．
（4）过程④的操作是将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，即得到FeSO₄•7H₂O晶体．过程⑥中，将溶液Z加热到70～80℃，目的是促进Fe³⁺的水解．
（5）实验室为测定所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数，进行下列实验．①用分析天平称取样品3.200g；②将样品溶于足量盐酸后，加入足量的氯化钡溶液；③过滤、洗涤、干燥、称量，得固体质量为3.495g．若该聚铁主要成分为[Fe（OH）SO₄]_n，则该聚铁中铁元素的质量分数为26.25%．

Answer 1

分析 烧渣中加入稀硫酸、同时通入氧气，过滤后，得到固体W中含有S、SiO₂，再灼烧后尾气中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反应的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反应完毕，过滤得到溶液Y为FeSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到绿矾．溶液X调节pH得到溶液Z，加热促进Fe³⁺的水解得到聚铁胶体，再经过胶体聚沉得到聚铁，通过调节pH可以控制氢氧化铁与硫酸铁的比例关系．
（1）用浓硫酸配制250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，需要玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、量筒、250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）过程②为固体灼烧，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有坩埚；
该过程产生的尾气中含有二氧化硫，选择的吸收剂能很好的溶解二氧化硫或与二氧化硫反应，但不能产生新的有害气体；
（3）过程③中将硫酸铁转化为硫酸亚铁，加入Fe粉；溶液X中金属阳离子为Fe³⁺，利用KSCN溶液检验是否完全转化；
（4）从溶液中获得晶体，需要经过加热蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作；
将溶液Z加热到70～80℃有利于铁离子水解的进行；
（5）步骤③中得到3.495g固体为BaSO₄沉淀，根据n=$\frac{m}{M}$计算BaSO₄的物质的量，根据硫酸根守恒，可以计算聚铁中硫酸根的物质的量，结合聚铁中Fe与硫酸根比例关系计算Fe的物质的量，再根据m=nM计算铁元素质量，进而计算铁元素质量分数．

解答 解：烧渣中加入稀硫酸、同时通入氧气，过滤后，得到固体W中含有S、SiO₂，再灼烧后尾气中含有二氧化硫．溶液X含有Fe₂（SO₄）₃及未反应的硫酸，溶液X中加入Fe粉，反应完毕，过滤得到溶液Y为FeSO₄溶液，再经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等得到绿矾．溶液X调节pH得到溶液Z，加热促进Fe³⁺的水解得到聚铁胶体，再经过胶体聚沉得到聚铁，通过调节pH可以控制氢氧化铁与硫酸铁的比例关系．
（1）用浓硫酸配制250mL 3.0mol•L^-1的稀硫酸，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需要250mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：250mL容量瓶、胶头滴管；
（2）过程②为固体灼烧，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有坩埚；
该过程产生的尾气中含有二氧化硫，浓硫酸不能吸收二氧化硫，二氧化硫在水溶解度虽然较大，亚硫酸溶于易挥发得到二氧化硫，但不宜使用水吸收进行处理，氢氧化钠与硝酸都能与二氧化硫反应，但硝酸反应会产生氮的氧化物，而污染空气，应选择NaOH，
故答案为：坩埚；c；
（3）溶液X中含有Fe³⁺，要制备绿矾，应加入Fe使之还原为Fe²⁺，加入铁可生成Fe²⁺，并且不引入新的杂质，过程③中需要加入Fe粉；溶液X中金属阳离子为Fe³⁺，利用KSCN溶液检验是否完全转化，取反应后的溶液少许于试管中，加入KSCN溶液，若溶液不变红色，说明反应完全，若溶液变为红色，说明未反应完全，
故答案为：铁；硫氰化钾溶液；
（4）从硫酸亚铁溶液中获得FeSO₄•7H₂O晶体，需要经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等操作；
过程⑥目的为促进的水解，加热有利于水解的进行，促进Fe³⁺的水解，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；促进Fe³⁺的水解；
（5）步骤③中得到3.495g固体为BaSO₄沉淀，其物质的量为$\frac{3.495g}{233g/mol}$=0.015mol，根据硫酸根守恒，可以计算聚铁中硫酸根为0.015mol，结合聚铁中Fe与硫酸根比例关系可知Fe的物质的量为0.015mol，故铁元素质量分数为$\frac{0.015mol×56g/mol}{3.200g}$×100%=26.25%，
故答案为：26.25%．

点评 本题考查物质制备方案、溶液配制、物质的分离提纯、基本操作、对条件控制的分析评价、物质组成含量的测定等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，（5）中注意利用守恒法计算硫酸根物质的量，再结合化学式计算，难度中等．