Question

5．工业上常通过高温分解FeSO₄的方法制备Fe₂O₃，为检验FeSO₄高温分解的产物，并进行有关探究实验，回答下列问题：
实验一：高温分解FeSO₄，利用如图1所示的实验装置进行实验．

已知：①SO₂熔点为-72℃，沸点为-10℃②SO₃熔点为-16.8℃，沸点为44.8℃
（1）连接装置，检验气密性良好，放入药品，通入一段时间N₂然后加热，通入N₂的目的是排除装置中的空气
（2）隔绝空气加热至650℃，看到B中有白色沉淀，D试管中有无色液体，硬质玻璃管中的固体变为红棕色，同时有两种无色气体生成，写出该反应的化学方程式2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑
（3）反应完毕后，停止加热冷却后，取硬质玻璃管中固体，加盐酸，反应的离子方程式是Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，将反应后所得溶液滴入D试管中，溶液变为浅绿色，该反应的离子方程式是2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺
（4）有人认为该实验装置存在一定的缺陷，再增加一个装置即可弥补该缺陷，请指出添加的仪器位置及药品在最后加一个盛碱石灰的干燥管或NaOH溶液．
实验二 探究高温分解 FeSO₄生成的气体
（5）用如图2所示装置设计实验，验证高温分解FeSO₄生成的气态物质
①按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：c-a-b-f-g-d
②试剂X的名称是品红溶液
③充分反应后，利用装置 III中圆底烧瓶内混合物测定已分解的FeSO₄ 的质量，向圆底烧瓶中逐渐滴入氯化钡溶液，直到沉淀完全；然后过滤混合物，在过滤器上将沉淀洗净后，烘干并冷却至室温，称重．若最终得到沉淀的质量为Wg，则已分解的FeSO₄的质量$\frac{304W}{233}$g．

Answer 1

分析 （1）通入N₂的目的是排除装置中的空气；
（2）根据题意同时有两种无色气体生成，B中有白色沉淀，则两种气体可能为二氧化硫和三氧化硫，根据化合价的改变，则还有Fe₂O₃；
（3）Fe₂O₃与盐酸反应的离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；将反应后所得溶液滴入D试管中，溶液铁离子被还原为变为浅绿色的亚铁离子，二氧化硫被氧化为硫酸根离子；
（4）考虑D装置连接空气，该反应需要排除空气中二氧化碳和水与D中二氧化硫反应；
（5）①A装置为FeSO₄在高温下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的装置，三氧化硫易和水反应生成硫酸，三氧化硫熔点高，故先用冰水混合物使三氧化硫液化，即c和a相连，检验二氧化硫用品红溶液，故D中装有品红溶液，即b和f相连，二氧化硫有毒，会污染空气，故用氢氧化钠溶液吸收，即g和d相连；
②用品红检验SO₂气体；
③装置Ⅲ中圆底烧瓶内是三氧化硫，加入氯化钡全部反应生成硫酸钡沉淀，根据沉淀质量计算物质的量，结合化学方程式计算分解的硫酸亚铁质量．

解答 解：（1）通入N₂的目的是排除装置中的空气，故答案为：排除装置中的空气；
（2）B中有白色沉淀，可能为硫酸钡或者亚硫酸钡，有两种无色气体生成，则应为为二氧化硫和三氧化硫，硫元素化合价降低，则铁元素化合价升高为三氧化二铁，红棕色；
故答案为：红棕色；2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；
（3）Fe₂O₃与盐酸反应的离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；将反应后所得溶液滴入D试管中，溶液铁离子被还原为变为浅绿色的亚铁离子，二氧化硫被氧化为硫酸根离子，该反应的离子方程式是2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（4）最后的D装置连接了空气，需排除空气，再D后加一个吸收二氧化碳和水的装置，以防与D中的二氧化硫反应；
故答案为：在最后加一个盛碱石灰的干燥管或NaOH溶液；
（5）①A装置为FeSO₄在高温下分解生成Fe₂O₃、SO₃和SO₂的装置，三氧化硫易和水反应生成硫酸，三氧化硫熔点高，故先用冰水混合物使三氧化硫液化，即c和a相连，检验二氧化硫用品红溶液，故D中装有品红溶液，即b和f相连，二氧化硫有毒，会污染空气，故用氢氧化钠溶液吸收，即g和d相连；
故答案为：a-b-f-g-d；
  ②SO₂气体具有漂白性，可使品红溶液褪色，故D装置中装有品红溶液，检验二氧化硫的生成；
故答案为：品红溶液；
③第一步：向圆底烧瓶中逐滴加入氯化钡溶液，直至沉淀完全；第二步：过滤混合物，在过滤器上将沉淀洗净后，烘干并冷却至室温，称重．第三步：继续烘干、冷却并称量直至连续两次称量的质量差不超过0.1g为止．若最终得到沉淀的质量为W g，沉淀为硫酸钡，依据硫元素守恒结合化学方程式定量关系可知，
2FeSO₄～SO₃～BaSO₄
2             1
n（FeSO₄）   $\frac{wg}{233g/mol}$
已分解的硫酸亚铁质量为$\frac{wg}{233g/mol}$×2×152g/mol=$\frac{304w}{233}$g；
故答案为：$\frac{304W}{233}$．

点评 本题考查物质的分离和检验，做题时要抓住题给信息，充分把握物质的性质，这是解答元素化合物知识的关键之处，本题有一定难度．