Question

5．某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水氯化铁并对产物做如下探究实验．

已知：①无水氯化铁在空气中易潮解，加热易升华；②工业上，向500-600℃的铁屑中通入氯气和生产无水氯化铁；③向炽热的铁屑中通入氯化氢可以生成无水氯化亚铁和氢气．
（1）仪器N的名称是分液漏斗，N中盛有浓盐酸，烧瓶M中的固体试剂KMnO₄（或KClO₃）（填化学式）．
（2）装置的连接顺序为a→g→h→d→e→b→c→d→e→f．（用小写字母表示，部分装置可重复使用）
（3）若缺少装置E、则对本实验造成的影响是HCl和Fe反应生成的H₂与Cl₂混合受热发生爆炸，且有杂质氯化亚铁生成；请简述检验产物是否受影响的方法及实验现象：取少量产物于一洁净的试管种加少量水将产物溶解，向其中滴加铁氰化钾溶液，若产生蓝色沉淀，则证明存在氯化亚铁．
（4）已知硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）溶液在工业上可作脱氧剂，反应后Na₂S₂O₃被氧化为Na₂SO₄，则装置D中发生反应的离子方程式为S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺
（5）实验结束并冷却后，将硬质玻璃管及收集器中的物质一并快速转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸和少许植物油（反应过程中不振荡），充分反应后，进行如下实验：

①淡红色溶液中加入过量H₂O₂溶液后，溶液红色加深的原因是2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2F³⁺+2H₂O（用离子方程式表示）．
②已知红色褪去的同时有气体产生，经检验气体为O₂，该小组对红色褪去的原因进行探究．

实验	操作		现象
实验Ⅰ （取褪色后溶液3等份）	第1份	滴加FeCl2溶液	无明显变化
	第2份	滴加KSCN溶液	溶液出现红色
	第3份	滴加稀盐酸和BaCl2溶液	产生白色沉淀
实验Ⅱ （取与褪色后的溶液同浓度的FeCl3溶液）	滴加2滴KSCN溶液，溶液变红，再通入O2		无明显变化

由实验Ⅰ和Ⅱ可得出的结论为H₂O₂将SCN^-氧化成SO₄^2-．

Answer 1

分析 生产无水氯化铁流程：A装置：制取氯气，实验室常用浓盐酸与KMnO₄（或KClO₃）制取，制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气，装置E：吸收HCl，装置C：作用是干燥氯气，常用浓硫酸，装置B：铁和氯气反应2Fe+3Cl₂$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2FeCl₃，冰水浴冷凝氯化铁并收集，氯气不能直接排放，用硫代硫酸钠在D装置中尾气吸收，S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺，以此解答（1）～（4）；
（5）将硬质玻璃管及收集器中的物质转移至锥形瓶中，加入过量的稀盐酸，得到淡黄色溶液，加入KSCN溶液，溶液淡红色，说明有铁离子，加入过量的过氧化氢溶液，溶液变深红色，说明铁离子浓度变大，即溶液中有亚铁离子，静置一段时间，红色退去；
对褪色溶液研究，实验I说明溶液中铁离子没有变化，有硫酸根离子生成，实验Ⅱ另取同浓度的 FeCl₃溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O₂，无明显变化，说明O₂不能氧化SCN^-，则该硫酸根离子由H₂O₂将SCN^-氧化成SO₄^2-．

解答 解：（1）根据仪器构造可知仪器N为分液漏斗；A装置用来制备氯气，从装置可知为固液不加热型制备氯气，选用浓盐酸与KMnO₄（或KClO₃）制取，
故答案为：分液漏斗；KMnO₄（或KClO₃）；
（2）A装置制取氯气，制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气，用饱和食盐水吸收氯化氢气体，所以a连接g连接h，在C装置中用浓硫酸吸收水蒸气，为吸收充分，导气管长进短出，则h连接d连接e，干燥纯净的氯气在B中与铁反应，则e连接b连接c，氯气不能直接排放，用硫代硫酸钠在D装置中尾气吸收，为防止D装置中的水蒸气进入氯化铁的收集装置，故尾气处理之前再接一个干燥装置；
故答案为：a，g，h，d，e，b，c；
（3）若缺少装置E，氯气中混有HCl，HCl和Fe反应生成的H₂与Cl₂混合受热发生爆炸，且有杂质氯化亚铁生成；检验是否有亚铁离子生成，可取少量产物于一洁净的试管种加少量水将产物溶解，向其中滴加铁氰化钾溶液，若产生蓝色沉淀，则证明存在氯化亚铁，
故答案为：HCl和Fe反应生成的H₂与Cl₂混合受热发生爆炸，且有杂质氯化亚铁生成；取少量产物于一洁净的试管种加少量水将产物溶解，向其中滴加铁氰化钾溶液，若产生蓝色沉淀，则证明存在氯化亚铁；
（4）装置D中，硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）与氯气反应，Na₂S₂O₃被氧化为Na₂SO₄，氯气被还原为氯离子，离子方程式为：S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺；
故答案为：S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+8Cl^-+10H⁺；
（5）①加入KSCN溶液，溶液淡红色，说明有铁离子，加入过量的过氧化氢溶液，溶液变深红色，说明铁离子浓度变大，即溶液中有亚铁离子，过氧化氢将亚铁离子氧化为铁离子使铁离子浓度增大，离子方程式为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2F³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2F³⁺+2H₂O；
②红色褪去的同时有气体生成，经检验气体为O₂，说明有氧化还原反应的发生，实验I说明溶液中铁离子没有变化，有硫酸根离子生成，实验Ⅱ另取同浓度的 FeCl₃溶液滴加2滴试剂X，溶液变红，再通入O₂，无明显变化，说明O₂不能氧化SCN^-，则该硫酸根离子由H₂O₂将SCN^-氧化成SO₄^2-；
故答案为：H₂O₂将SCN^-氧化成SO₄^2-．

点评 本题通过探究氯气与铁反应，考查了物质性质实验方案的设计方法，为高考常见题型和高频考点，题目难度中等，注意掌握氯气与铁反应的现象、反应原理，明确物质性质实验方案的设计原则，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．