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题型:综合题 难度:较难

某化学兴趣小组对Fe3O4产生了兴趣,从参考资料中找到了氧化沉淀法生产复印用高档Fe3O4粉的工艺流程简图:

1【查阅资料】

资料一:硫酸亚铁在不同温度下的溶解度如表所示:

温度/℃

0

10

30

50

60

70

80

90

溶解度/g

14.0

17.0

25.0

33.0

35.3

33.0

30.5

27.0

资料二:Fe(OH)2受氧气氧化反应原理为:4Fe(OH)2 +2H2O+O2=4Fe(OH)3

资料三:获得Fe3O4的反应原理为:Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 2 Fe3O4+4H2O

Ⅰ【问题讨论】

(1)溶解时,用50℃至80℃的热水目的是__________________________________________。

(2)副产品P是___________________________。

(3)为了得到纯净的产品,过滤、洗涤后进行的具体操作过程为______________________________、干燥

Ⅱ【组成确定】

资料显示:①铁的氢氧化物在受热时分解生成铁的氧化物(化合物不变);

②Fe2O3和CO反应是随温度升高而逐步进行的,先生成Fe3O4,再生成FeO(黑色),最后生成Fe。

为确定用以上方法制得的四氧化三铁的纯度,同学们称取了23.28g该Fe3O4样品设计下列实验进行探究。

3

(1)该组同学欲通过称量B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe3O4样品中的杂质。B中的最佳试剂是_______________________(填序号)。

A.澄清石灰水 B.氢氧化钠浓溶液 C.稀盐酸 D.水

(2)上述实验过程中,CO气体除作为反应物外,能起到的作用还有:

①实验开始时,排尽装置中的空气,防止加热时发生爆炸;

②停止加热后,继续通CO气体,防止生成物被氧化,以及B中的溶液倒吸入A中;且可以_____________________________,以提高实验的精确度。

(3)利用仪器测定并绘制出反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线(如图)

4

①该Fe3O4样品中含有的杂质成分______________________(填化学式)

②计算样品中Fe3O4的质量分数(写出必要的计算过程)。_____________

【答案】

  该温度时硫酸亚铁的溶解度较大  Na2SO4  取最后一次洗涤的滤液于试管中,加入(盐酸酸化的)BaCl2溶液,若无白色沉淀,说明已经洗涤干净  B  将产生的CO2全部赶入装置B中  Fe2O3  设Fe2O3和Fe3O4的物质的量分别为x、y,根据铁原子守恒有2x+3y=16.80/56mol =0.3mol ,根据质量有:160x+232y=23.28,所以解得y=0.09mol,故样品中Fe3O4的质量分数=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。

【解析】

Ⅰ(1)根据FeSO4的溶解度表可知,50℃至80℃时FeSO4的溶解度较大,其他温度下溶解度较小,不利于溶解,故答案为:该温度时硫酸亚铁的溶解度较大。

(2)FeSO4与NaOH反应除了生成Fe(OH )2,还生成Na2SO4,故副产物P为Na2SO4。

(3)沉淀的成分为Fe(OH)2和Fe(OH)3,其中含有杂质Na2SO4,要得到纯净的产品,必须将沉淀洗涤干净,因此过滤、洗涤后进行的操作过程为:取最后一次洗涤的滤液于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀,说明已经洗涤干净。

Ⅱ(1)CO和Fe3O4反应生成CO2气体,吸收CO2气体的最好的试剂为NaOH溶液,故B中的最佳试剂为NaOH,答案为B。

(2)CO还可以将产生的CO2气体全部赶入装置B中,提高实验的准确率,故答案为:将产生的CO2全部赶入装置B中。

(3)①若样品中只有Fe3O4,加热过程中固体质量下降应只有两段,而现在样品的质量下降有三段,故样品中除了Fe3O4外还有其他成分,沉淀M为Fe(OH)2和 Fe(OH)3的混合物,加热时除生成Fe3O4外,Fe(OH)3加热分解能生成Fe2O3,故Fe3O4样品中含有的杂质成分为Fe2O3。 ②设Fe2O3和Fe3O4的物质的量分别为x、y,根据铁原子守恒有2x+3y=(16.80/56)mol =0.3mol ,根据质量有:160x+232y=23.28,所以解得y=0.09mol,故样品中Fe3O4的质量分数=0.09×232g÷23.28g×100%=89.69%。

题型:综合题 难度:较难
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