Question

绿矾是重要的化学化工试剂，工业上常利用机械加工行业产生的废铁屑为原料制备．请回答下列问题：
（1）右图锥形瓶中的反应物是铁屑和28%的硫酸，反应前常用98%的硫酸配制500g 28%的硫酸，要算出所需98%的硫酸的体积，还要知道的数据是______．
（2）在制备硫酸亚铁的过程中，理论上控制铁过量或酸过量均有利于防止Fe²⁺被氧化．设计两个实验：实验一，控制酸过量；实验二，控制铁过量；其余步骤同，制得硫酸亚铁，并对产品质量进行检测．检测结果如下：

序号	反应物用量	产品质量
1	n（H2SO4）：n（Fe）＞1：1	介于Ⅰ级～Ⅱ级之间
2	n（H2SO4）：n（Fe）＜1：1	优于Ⅰ级

已知产品质量标准：Fe³⁺的质量分数等于0.005%，产品质量定为Ⅰ级；Fe³⁺的质量分数等于0.01%，产品质量定为Ⅱ级，从实验结果中，可得出制备硫酸亚铁溶液时，反应控制______过量为最佳．
（3）该小组在继续研究由绿矾制备Fe（OH）₂的过程中，发现出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色，最后变为红褐色．甲同学查资料该灰绿色沉淀可能是Fe₃（OH）₈，请用氧化物的形式写出该沉淀______；乙同学查资料后认为该灰绿色沉淀是由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量的Fe（OH）₃的缘故，请提出一种在研究由Fe²⁺制备Fe（OH）₂的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路______．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据m=ρVω判断；
（2）根据表格中产品等级和反应物用量判断；
（3）根据铁元素的化合价，由物质Fe₃（OH）₈中铁元素化合价总和应为+8，可推断该物质的分子中含+2价Fe²⁺一个、+3价Fe³⁺二个，把铁、氢元素与氧元素结合成氧化物，而改写其化学式；
根据沉淀由“白”变“绿”的现象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故分析，因此可采取向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液生成其混合物或直接把两种物质混合，观察颜色的方法以验证沉淀由“白”变“绿”的原因．
解答：解：（1）根据m=ρVω知，要计算溶液的体积还需要知道98%硫酸的密度，故答案为：98%硫酸的密度；
（2）硫酸和铁的质量比确定了产品的级别，从Fe³⁺的质量分数等于0.005%，产品质量定为Ⅰ级；Fe³⁺的质量分数等于0.01%，产品质量定为Ⅱ级，可以看出，三价铁的含量越低级别越高，从表中可以看出，只要控制铁过量，产品级别就高，故答案为：铁；
（3）由资料信息可知，氢氧化亚铁为白色而氢氧化铁为棕色，二者的混合物呈现出绿色，因此实验中出现灰绿色或绿色的现象应是生成的Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故；资料中提及的微绿色Fe₃（OH）₈，可理解为Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的结合起的一种物质，其中既有+2价铁也有+3价铁，因此改写为氧化物的形式时，8个氢原子应结合成4H₂O，所以应写成：FeO?Fe₂O₃?4H₂O，
由于出现的沉淀由白变绿是因为形成了Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的混合沉淀，因此可利用向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中直接加入NaOH溶液，反应生成Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的混合沉淀物，观察此时沉淀物的颜色，或直接取Fe（OH）₂与Fe（OH）₃进行混合，观察混合后颜色的方法，以解释沉淀由“白”变“绿”的现象，
故答案为：FeO?Fe₂O₃?4H₂O；向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色．或者可以将Fe（OH）₃和Fe（OH）₂混合后观察其颜色．
点评：根据实验所提供资料的分析，正确理解实验的目的及出现现象的原因，对于解答此新知识的探究型问题是尤其重要的．