Question

18．氯化铁是实验室中的重要试剂．某同学用m g含有铁锈（Fe₂O₃）的废铁屑来制取FeCl₃•6H₂O晶体，且FeCl₃可作H₂O₂分解的催化剂；同时可测定废铁屑中铁的质量分数，为此设计了如图装置（夹持装置略，气密性已检验）：
操作步骤如下：
Ⅰ．打开弹簧夹K₁、关闭弹簧夹K₂，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸．
Ⅱ．当…时，关闭弹簧夹K₁、打开弹簧夹K₂，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a．
Ⅲ．将烧杯中溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤后得到FeCl₃•6H₂O晶体．
请回答：
（1）A中发生的置换反应的化学方程式是Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑．
（2）操作Ⅱ中“…”的内容是当A中固体完全消失，烧杯中的现象是无色溶液逐渐变黄，有气泡产生，相应的化学方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）测得B中所得的气体是V mL（标准状况时），由此计算出该废铁屑中铁的质量分数是$\frac{V}{400m}$，该数值比实际数值偏低，若实验过程操作无误，偏低的原因是Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少．
（4）为了准确测定铁的质量分数，还可以另取mg废铁屑和某种常见的还原剂气体在加热时充分反应到恒重，测得实验后剩余固体质量是wg．由此求出铁的准确质量分数是$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%（用含m、和w的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）铁和盐酸反应生成氢气和氯化亚铁的化学方程式；
（2）装置A中的铁完全消失，反应结束；打开弹簧夹K₂，反应生成的氯化亚铁被双氧水氧化成氯化铁，同时有氧气放出；根据氯化亚铁被双氧水氧化、生成的氯化铁作催化剂使双氧水分解情况，写成反应方程式；
（3）“用m g含有铁锈（Fe₂O₃）的废铁屑来制取FeCl₃•6H₂O晶体”，氧化铁溶于盐酸，生成的三价铁离子能够消耗铁；
（4）根据质量减少的部分就是氧化铁中氧元素的质量，求出氧化铁的物质的量，再计算出铁的质量分数．

解答 解：（1）铁与盐酸反应的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，故答案是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（2）当A中固体完全消失，铁完全和盐酸反应后，反应结束；当A中溶液完全进入烧杯，生成的氯化亚铁被氧化成黄色的氯化铁，生成的氯化铁作催化剂，使双氧水分解，反应的方程式为：答案是：当A中固体完全消失；无色溶液逐渐变黄，有气泡产生；2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化铁\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）由于废铁屑中含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子能够和铁反应，导致铁减少，置换的氢气体积减少，故答案是：Fe³⁺和Fe发生反应消耗部分Fe，使与盐酸反应的Fe相应减少；
（4）mg废铁屑中的氧化铁被还原后质量变成wg铁，质量差（m-w）g就是氧化铁中氧元素的质量，设废铁屑中氧化铁的质量为x
Fe₂O₃～3O
160   48
x    （m-w）g
$\frac{160}{48}=\frac{x}{（m-w）g}$
x=$\frac{10（m-w）}{3}g$
铁屑中铁的质量分数为：
$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%
故答案为：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%．

点评 本题考查了铁屑中铁的质量分数和制取氯化铁晶体，涉及了较多的化学方程式的书写、质量分数的计算、实验操作等知识，本题难度中等．