Question

铁氧体是一类磁性材料，通式为MO?xFe₂O₃（M为二价金属离子）．
根据题意完成：
Ⅰ、为了制备铁氧体，称取5.6g铁粉、一定量的FeCl₃（s） 作为原料，先制备Fe₃O₄．方法如下：用稀硫酸溶解铁粉，加入FeCl₃（s），经过一系列反应得到纯净的Fe₃O₄[已知1molFe（OH）₂与2molFe（OH）₃混合灼烧可得到1mol Fe₃O₄]．需要加入FeCl₃（s）________ g．
Ⅱ、如果以MgSO₄（s）和FeCl₃（s）为原料制备9.0g MgO?2Fe₂O₃，在制取过程中至少需要1mol/L的NaOH（aq）________ mL．
Ⅲ、在一次制备Fe₃O₄的实验中，由于反应物比例控制不当，获得了另一种产品．取a克该产品溶于100mL盐酸（足量）中，需要通入672mL（标准状况）Cl₂才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺，然后蒸干所得溶液，灼烧至恒重，得9.6g固体．计算：
①ag该产品溶于盐酸后，溶液中Fe²⁺的物质的量浓度（溶液体积变化忽略不计）．
②推算该产品的化学式（写出推算过程）．
Ⅳ、有一种在电子工业广泛应用的含铬铁氧体，其组成可表示为：Fe²⁺?Fe³⁺[Fe³⁺_（1-x）?Cr³⁺_x?O₄]．向含有1.92mol硝酸的某溶液中加入一定量的该种铁氧体，恰好完全反应后，收集到NO、NO₂的混合气体2.688L（标准状况）．计算：（均需写出计算过程）
①参加反应的铁氧体的物质的量．
②所得气体中NO、NO₂的体积比．

Answer 1

32.5    350
分析：Ⅰ、根据n=计算5.6g铁粉的物质的量，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁，Fe₃O₄可表示为FeO?Fe₂O₃，亚铁来源于硫酸亚铁，据此计算+3铁的物质的量，再根据m=nM计算FeCl₃固体质量；
Ⅱ、根据n=计算9.0克MgO?2Fe₂O₃的物质的量，进而计算MgO、Fe₂O₃各自物质的量，根据工艺流程可知，MgO、Fe₂O₃来自氢氧化镁、氢氧化铁分解，由电荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺），再根据V=计算需要1mol/L的NaOH溶液体积；
Ⅲ、①依据氯气和亚铁离子反应生成铁离子的离子方程式计算亚铁离子物质的量，结合浓度概念计算；
②根据n=计算氯气的物质的量，氯气氧化Fe²⁺为Fe³⁺，根据电子转移守恒计算Fe²⁺的物质的量．据此确定+2价铁的物质的量．最后所得溶液为氯化铁溶液，蒸干溶液，灼烧至恒重，得9.6g固体为Fe₂O₃，根据n=计算Fe₂O₃的物质的量，利用铁元素守恒计算+3价铁的物质的量，据此确定该产品化学式；
Ⅳ、①依据亚铁离子被硝酸氧化的反应结合化学式中离子关系和元素守恒分析计算；
②利用氧化还原知识来解，因为生成NO、NO₂的反应为二价铁离子和硝酸的反应．
解答：Ⅰ、2.8g铁粉的物质的量为=0.1mol，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁，Fe₃O₄可表示为FeO?Fe₂O₃，亚铁来源于硫酸亚铁，故+2价铁的物质的量为0.1mol，+3铁的物质的量为0.1mol×2=0.2mol，故需要FeCl₃的物质的量为0.2mol，其质量为0.2mol×162.5g/mol=32.5g，
故答案为：32.5g；
Ⅱ、9.0克MgO?2Fe₂O₃的物质的量为=0.025mol，故氧化物中MgO的物质的量为0.025mol、Fe₂O₃的物质的量为0.025mol×2=0.05mol，根据工艺流程可知，MgO、Fe₂O₃来自氢氧化镁、氢氧化铁分解，由电荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺）=0.025mol×2+0.05mol×2×3=0.35mol，故需要1mol/L的NaOH溶液体积为=0.35L=350mL；
故答案为：350mL；
Ⅲ、①取a克该产品溶于100mL盐酸（足量）中，需要通入672mL（标准状况）Cl₂物质的量==0.03mol，才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³++2Cl^-，计算得到亚铁离子物质的量为0.06mol，亚铁离子的浓度==0.6mol/L；
答：溶液中Fe²⁺的物质的量浓度0.6 mol/L；
②氯气的物质的量为=0.03mol，氯气氧化Fe²⁺为Fe³⁺，根据电子转移守恒可知Fe²⁺的物质的量为=0.06mol，故氧化物中+2价铁的物质的量为0.06mol，最后所得为氯化铁溶液，蒸干溶液，灼烧至恒重，得9.6g固体为Fe₂O₃，Fe₂O₃的物质的量为=0.06mol，利用铁元素守恒可知氧化物中+3价铁的物质的量为0.06mol×2-0.06mol=0.06mol，故FeO与Fe₂O₃的物质的量之比为0.06mol：=2：1，该产品化学式为2FeO?Fe₂O₃，
答：该产品的化学式为：2FeO?Fe₂O₃；
Ⅳ、①根据题目的分子式，那其中的X只能取1，其他情况皆不符合，一个分子中不可能有半个铬离子，然后就可以得到分子式了，为Fe²⁺Fe³⁺[Cr³⁺?O₄]，可以看出，分子式中的铁元素数目为铬元素数目的2倍．然后，根据溶液电荷守恒定律，有3n（Fe³⁺）+3n（Cr³⁺）=n（NO₃^-），根据氮元素守恒，硝酸的量减去溢出气体的量=0.12mol；即为溶液中氮元素的量，也即1.92-0.12=1.8mol，是溶液中硝酸根离子的物质的量，那么根据电荷守恒式和n（Fe³⁺）=2（Cr³⁺），可以得到n（Cr³⁺）=0.2mol，一个铬铁氧体分子中分子中只有一个铬原子，二者是一比一关系，那么消耗铬铁氧体的量就是0.2mol；
答：参加反应的铁氧体的物质的量为0.2 mol；
②设生成NO为Xmol，NO₂为ymol，根据生成气体总量，可知x+y=，然后根据反应式的对应关系，根据二价铁（等于消耗铬铁氧体的量）的含量为3x+y=0.2，联立方程解出得x=0.04 y=0.08，则x：y=1：2
答：所得气体中NO、NO₂的体积比V（NO）：V（NO₂）=1：2；
点评：本题以铁氧体磁性材料制备为载体，考查混合物的有关计算，难度中等，注意根据元素守恒与原子守恒解答，题目难度较大．