Question

【题目】工业上采用FeSO4和NaOH为主要原料、在碱性条件下通入空气氧化沉淀制备铁磁粉Fe3O4，其原理如下:

①FeSO4 +2NaOH==Fe(OH)2↓ +Na2SO4

②4Fe(OH)2+O2 +2H2O= =4Fe(OH)3↓

③Fe(OH)2+2Fe(OH)3 Fe3O4+4H2O

硫酸亚铁在不同温度下的溶解度:

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

I.（问题讨论）

(1)溶解时，所用热水的温度约为___________，目的是_______________________________________。

(2)副产品芒硝的化学式是_______________________。

(3)为了检验产品是否洗涤干净，需要进行的实险操作是________________________________。

II.（组成确定）

资料显示:①铁的氯氧化物在受热时分解生成铁的氧化物(化合价不变);

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产品的纯度，称取23.28g该样品利用图2装置进行实验探究。

(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并确认该样品中的杂质。B中的最佳试剂是________(填字母)，B中带孔玻璃球泡的作用是____________________________________。

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，防止B中的溶液倒吸入A中，还可以_______，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3:

①样品中含有的杂质成分是_____________________(填化学式)。

②样品中杂质的质量分数为_____ %(保留2位小数)。

Answer 1

【答案】 60℃ 该温度时硫酸亚铁的溶解度较大，增大其溶解量 Na2SO4·10H2O 取最后一次洗涤的滤液于试管中，先加入盐酸酸化再加入BaCl2溶液，若无白色沉淀，说明已经洗涤干净 B 使液体与气体充分接触 将产生的CO2全部赶入装置B中 Fe2O3 10.31

【解析】(1) 根据FeSO4的溶解度表可知，50℃至80℃时FeSO4的溶解度较大，其它温度下溶解度较小，不利于溶解，溶解时，所用热水的温度约为60℃为宜，控制温度为60℃的目的是该温度时硫酸亚铁的溶解度较大，增大其溶解量；正确答案：60℃；该温度时硫酸亚铁的溶解度较大，增大其溶解量。

(2) FeSO4与NaOH反应除了生成Fe(OH )2，还生成Na2SO4，故副产物芒硝化学式是Na2SO4·10H2O；正确答案：Na2SO4·10H2O。

(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；正确答案：取最后一次洗涤的滤液于试管中，先加入盐酸酸化再加入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；B中带孔玻璃球泡的作用是使液体与气体充分接触，有利于充分反应；正确答案：B；使液体与气体充分接触。

（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；正确答案：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；正确答案：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%，样品中杂质Fe2O3的质量分数为1-89.69%=10.31%；正确答案：10.31。