Question

活性Fe₃O₄为黑色固体，有磁性，其不溶于水、碱和酒精、乙醚等有机溶剂中， Fe₃O₄在潮湿的空气中或高温下易被O₂氧化。工业上利用锈蚀废铁为原料，利用共沉淀法制备活性Fe₃O₄（或写为FeO·Fe₂O₃）的流程如下：

（1）在制备过程中将块状固体原料粉碎磨成粉末，作用是                     。
（2）设计合理的实验方案证明Fe₃O₄与盐酸反应的产物中含有Fe²⁺、Fe³⁺，简述实验操作步骤和实验现象                                                             。
（可供选择的试剂：KSCN溶液、还原铁粉、氯水、酸性高锰酸钾溶液）
（3）假如在反应池中几乎没有气体产生，在合成池里所有铁元素转化为Fe₃O₄，则根据相关反应可知，配料中心很可能使混合物中的Fe₂O₃与Fe物质的量之比接近于      。
（4）在一次制备Fe₃O₄的实验中，由于配料中心反应物比例控制不当，获得了另一种产品Fe_xO_y。取一定量该产品溶于足量盐酸中，还需通入标准状况下224 mLCl₂才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺，然后把所得溶液滴加足量NaOH溶液，将沉淀过滤、洗涤、蒸干，灼烧至恒重，得8 g固体。计算该产品的化学式。(请写出计算过程)

Answer 1

（1）有利于加快反应池中反应速率
（2）取2份待检液，其中一份待检液滴入KSCN溶液，若显示血红色则含有Fe³⁺，再向另一份待检液滴入酸性高锰酸钾溶液，若紫红色褪去则含有Fe³⁺
（3）4：1（3分）   （4） Fe₅O₇或FeO·2Fe₂O₃（5分）除标示外，其余每空2分

试题分析：（1）在制备过程中将块状固体原料粉碎磨成粉末，作用是增大反应物的接触面积，有利于加快反应池中反应速率 。（2）由于Fe₃O₄不溶于水但能溶于酸，如与盐酸反应的产物中含有Fe²⁺、Fe³⁺，可分别对两种离子进行检验，根据提供的试剂方法如下：取2份待检液，其中一份待检液滴入KSCN溶液，若显示血红色则含有Fe³⁺，再向另一份待检液滴入酸性高锰酸钾溶液，若紫红色褪去则含有Fe³⁺。（3）没有气体产生，说明铁刚好使三价铁转化为二价铁，由于在1molFe₃O₄中可以认为有二价的氧化亚铁和三价的三氧化铁各1mol，设Fe为Xmol，Fe2O3为ymol，生成1molFe₃O₄，根据Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺则有：X+2Y=3,3X=1，解得X=1/3;Y=4/3，故铁和三氧化铁的物质的量为1：4。（4）在一次制备Fe₃O₄的实验中，由于配料中心反应物比例控制不当，获得了另一种产品Fe_xO_y。取一定量该产品溶于足量盐酸中，还需通入标准状况下224 mLCl₂才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺，然后把所得溶液滴加足量NaOH溶液，将沉淀过滤、洗涤、蒸干，灼烧至恒重，得8 g固体。计算该产品的化学式。(请写出计算过程) 根据2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺ +2 Cl^-,由224 mLCl₂可知氯气的物质的量为0.01mol，Fe²⁺为0.02mol。得到8 g固体为三氧化二铁，物质的量为0.05mol，则Fe³⁺为0.03mol，故化学式为Fe₁₀O₁₃或4FeO·3Fe₂O₃。