Question

某化学兴趣小组利用课余时间在实验室进行如下两个探究实验：
【探究一】利用废水回收铜，制备硫酸亚铁晶体。

（1）红色固体是                  （填化学式）；溶液乙中溶质是              。

A．硫酸铝

B．硫酸亚铁

C．硫酸铝和硫酸亚铁

D．硫酸铜和硫酸铝

（2）写出步骤①的化学方程式：                                         ；
【探究二】某硫酸亚铁晶体（FeSO₄·xH₂O）热分解研究并对x的测定
该兴趣小组同学称取ag硫酸亚铁晶体样品，先通干燥的氮气，然后按下图装置高温加热，使其完全分解，对所得产物进行探究。

（3）装置B中硫酸铜粉末变蓝，说明产物中有          ，称量反应后装置B，增重12.6g
（4）装置C中         ，说明产物中还有SO₂。
查阅资料得知二氧化硫气体能与高锰酸钾溶液发生如下反应：
5SO₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O   X + 2MnSO₄ + 2H₂SO₄ ，则X的化学式是               。
（5）硫酸亚铁晶体完全分解后装置A中固体呈红棕色，放入足量稀盐酸，固体全部溶解，得到黄色溶液，则装置A中红棕色固体是           。
（6）D装置中球形干燥管的作用是             ，氢氧化钠溶液的作用是           。
（7）反应结束后还要不断的通入氮气直至冷却，其目的是                           。
【数据处理】
兴趣小组同学利用SDTQ600热分析仪对硫酸亚铁晶体（FeSO₄?xH₂O）进行热分解，获得相关数据，绘制成固体质量--分解温度的关系图（图2）
①根据图2中有关数据，可计算出FeSO₄?xH₂O中的x值是       （要求写出计算过程）。
②从理论上分析得出硫酸亚铁分解还生成另一物质SO₃，请写出T₃—T₄段发生反应的化学方程式    。
③上述试验中若将装置B和装置C进行调换，则测得FeSO₄?xH₂O中的x值会     （填“偏大”“偏小”或“不变”）

Answer 1

（1）Cu；C （2）Fe+CuSO₄="Cu+" FeSO₄；（3）水；（4）高锰酸钾溶液褪色；K₂SO₄；（5）Fe₂O₃；（6）防止溶液倒吸；吸收SO₂气体，防止污染空气；（7）把装置中水蒸气全部赶入装置B中；①X=7（计算过程完整）；②2FeSO₄△ Fe₂O₃+ SO₂↑+ SO₃↑；③偏大

试题分析：【探究一】：由题意可知，从含有硫酸铝、硫酸亚铁和硫酸铜的废水中回收铜和硫酸亚铁，加入的过量的金属A应是铁；（1）由上述分析可知，步骤①发生的反应是铁与硫酸铜的反应，化学方程式是：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；（2）由于铁与硫酸铜反应生成了铜和硫酸亚铁，所以红色固体是Cu；由于铁不能与硫酸铝反应，所以溶液乙中的溶质是 Al₂（SO₄）₃、FeSO₄．
【探究二】：（3）装置B中硫酸铜粉末变蓝，说明产物中有水；（4）装置C中高锰酸钾褪色，说明产物中还有SO₂．在反应中5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=2H₂SO₄+2MnSO₄+X，反应前含有5个硫原子，2个钾原子，2个锰原子，4个氢原子，20个氧原子，反应后已有4个氢原子，2个锰原子，4个硫原子，16个氧原子，根据质量守恒定律可知，X中含有2个钾原子，1个硫原子和4个氧原子，故X为K₂SO₄；（5）红棕色固体放入足量稀盐酸，固体全部溶解，得到黄色溶液，说明该固体为氧化铁；（6）D装置中球形干燥管的作用是防止溶液倒吸，氢氧化钠溶液的作用是：吸收二氧化硫、防止污染空气；（7）装置内内充满了反应生成的水蒸气，反应结束后还要不断的通入氮气直至冷却，其目的是：把装置中的水蒸气全部赶入装置装置B中；①通过FeSO₄?xH₂O的化学式可知铁原子和水的个数比为1：2x，由图象中的数据可知，
Fe₂O₃～2xH₂O
160     36x
8g     12.6g
x=7
②由题意和图象可知，硫酸亚铁受热分解生成了氧化铁二氧化硫和三氧化硫，反应的方程式是：2FeSO₄△Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑；③气体先通入溶液时会引入水蒸气，会使计算的X值偏大．