Question

13．氯化铁是常见的水处理剂，利用废铁屑可制备无水氯化铁．实验室制备装置和工业制备流程图如图：

已知：（1）无水FeCl₃的熔点为555K、沸点为588K．
（2）废铁屑中的杂质不与盐酸反应
（3）不同温度下六水合氯化铁在水中的溶解度如表：

温度/℃	0	20	80	100
溶解度（g/100 g H2O）	74.4	91.8	525.8	535.7

实验室制备操作步骤如下：
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当装置A中不产生气泡或量气管和水准管液面不变时，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将烧杯中溶液经过一系列操作后得到FeCl₃•6H₂O晶体．
请回答：
（1）烧杯中足量的H₂O₂溶液的作用是把亚铁离子全部氧化成三价铁离子．
（2）为了测定废铁屑中铁的质量分数，操作Ⅱ中“…”的内容是装置A中不产生气泡或量气管和水准管液面不变．
（3）从FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶体的操作步骤是：加入盐酸后、蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）试写出吸收塔中反应的离子方程式：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（5）捕集器温度超过673K时，存在相对分子质量为325的铁的氯化物，该物质的分子式为Fe₂Cl₆．
（6）FeCl₃的质量分数通常可用碘量法测定：称取m g无水氯化铁样品，溶于稀盐酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入几滴淀粉溶液，并用c mol•L^-1 Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗V mL（已知：I₂+2S₂O₃^2-═2I-+S₄O₆^2-）．
①滴定过程中可能造成实验结果偏低的是BC
A．锥形瓶未润洗     B．锥形瓶中溶液变色后立刻停止滴定，进行读数
C．滴定管尖嘴内滴定前无气泡，滴定终点发现气泡    D．滴定终点时仰视读数
②$\frac{162.5cV}{m}%$样品中氯化铁的质量分数．

Answer 1

分析 （1）根据实验装置和操作步骤可知，实验室制备无水FeCl₃，是利用铁与盐酸反应生成FeCl₂，然后把FeCl₂氧化成FeCl₃，先制得FeCl₃•6H₂O晶体，再脱结晶水制得无水FeCl₃．烧杯中足量的H₂O₂溶液是作氧化剂，把亚铁离子全部氧化成三价铁离子；
（2）铁与盐酸反应完全时，不再产生氢气，所以装置A中不产生气泡或量气管和水准管的液面不再变化，此时，可将A中FeCl₂溶液放入烧杯中进行氧化．
（3）从FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶体的操作步骤是：加入盐酸后，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）从工业制备流程图分析可知，反应炉中进行的反应是 2Fe+3Cl₂=2FeCl₃，因此，进入吸收塔中的尾气是没有参加反应的氯气，在吸收塔中氯气被吸收剂吸收，反应后生成2FeCl₃溶液，所以吸收剂应是2FeCl₂溶液，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（5）捕集器收集的是气态FeCl₃，FeCl₃的相对分子质量是162.5，由相对分子质量为325的铁的氯化物可以推出，当温度超过673K时，二分子气态FeCl₃可以聚合生成双聚体Fe₂Cl₆；
（6）①根据c（待测液）=$\frac{c（标准液）V（标准液）}{V（待测液）}$分析不当操作对相关物理量的影响，以此判断浓度的误差；
②根据2Fe³⁺+2I ^-=2Fe²⁺+I₂；  I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；可得关系式：2Fe³⁺～I₂～2S₂O₃^2-，根据Na₂S₂O₃的物质的量求得氯化铁的质量，进而求样品中氯化铁的质量分数．

解答 解：（1）根据实验装置和操作步骤可知，实验室制备无水FeCl₃，是利用铁与盐酸反应生成FeCl₂，然后把FeCl₂氧化成FeCl₃，先制得FeCl₃•6H₂O晶体，再脱结晶水制得无水FeCl₃．烧杯中足量的H₂O₂溶液是作氧化剂，把亚铁离子全部氧化成三价铁离子；
故答案为：把亚铁离子全部氧化成三价铁离子；
（2）铁与盐酸反应完全时，不再产生氢气，所以装置A中不产生气泡或量气管和水准管的液面不再变化，此时，可将A中FeCl₂溶液放入烧杯中进行氧化；
故答案为：装置A中不产生气泡或量气管和水准管液面不变；
（3）从FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶体的操作步骤是：加入盐酸后，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
故答案为：盐酸；
（4）从工业制备流程图分析可知，反应炉中进行的反应是 2Fe+3Cl₂=2FeCl₃，因此，进入吸收塔中的尾气是没有参加反应的氯气，在吸收塔中氯气被吸收剂吸收，反应后生成2FeCl₃溶液，所以吸收剂应是2FeCl₂溶液，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
故答案为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（5）捕集器收集的是气态FeCl₃，FeCl₃的相对分子质量是162.5，由相对分子质量为325的铁的氯化物可以推出，当温度超过673K时，二分子气态FeCl₃可以聚合生成双聚体Fe₂Cl₆；
故答案为：Fe₂Cl₆；
（6）①A．锥形瓶未润洗，导致标准液被稀释，消耗的标准液体积偏高，则测定结果偏大，故A错误；
B．锥形瓶中溶液变色后立刻停止滴定，反应液未充分混合，进行读数标准液使用偏少，测定结果偏低，故B正确；
C．滴定管尖嘴内滴定前无气泡，滴定终点发现气泡，则标准液体积读数偏小，测定结果偏低，故C正确；    
D．滴定终点时仰视读数，读数比实际偏大，测定结果偏大，故D错误；
故答案为：BC；
②由反应：2Fe³⁺+2I ^-=2Fe²⁺+I₂；  I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-；可得关系式：
2Fe³⁺-I₂-2S₂O₃^2-
1        1
n        cV×10^-3
所以 n（Fe³⁺）=c•V•10^-3 mol×10=0.01cVmol，
所以m克无水氯化铁样品中氯化铁的质量为0.01cVmol×162.5g/mol=1.625cVg
所以m克无水氯化铁样品中氯化铁的质量分数为$\frac{1.625cVg}{mg}×100%$=$\frac{162.5cV}{m}$%；
故答案为：$\frac{162.5cV}{m}%$．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、物质的分离提纯等基本操作、氧化还原反应滴定应用、溶度积有关计算等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．