Question

【題目】自然界中有多種鐵礦石，如磁鐵礦（Fe3O4）、赤鐵礦（Fe2O3）和菱鐵礦（FeCO3）等。鐵礦石是工業煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（設雜質中不含鐵元素和氧元素，且雜質不與稀硫酸反應）。某研究性學習小組對某鐵礦石中鐵的價態和氧化物的化學式進行探究。

（提出假設）

假設1：鐵礦石中只含+3價鐵；

假設2：鐵礦石中只含+2價鐵；

假設3：____。

（查閱資料）2KMnO4+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O

（定性研究）

實驗（一）

取鐵礦石樣品粉碎，盛裝于燒杯中，加入適量的X溶液，微熱，充分溶解后將濾液分成四份：

①向第一份溶液中滴加少量KSCN溶液；

②向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液；

③向第三份溶液中滴加少量KSCN溶液，再滴加適量雙氧水溶液；

④向第四份溶液中滴加適量氫氧化鈉溶液。

（1）上述X溶液是____（填“稀硝酸”、“稀硫酸”或“濃鹽酸”）；上述方案中，一定能證明鐵礦石中含+2價鐵的方案是____（填序號）。

（定量研究）

實驗（二）鐵礦石中含氧量的測定：

①按圖組裝儀器，檢查裝置的氣密性；

②將5.0g鐵礦石放入硬質玻璃管中，其他裝置中的藥品如圖所示（夾持裝置已略去）；

③A中開始反應，不斷地緩緩向后續裝置中通入氫氣，待D裝置出口處氫氣驗純后，點燃C處酒精燈；

④充分反應后，撤掉酒精燈，再持續通入氫氣直至完全冷卻。

（2）按上述方案進行多次實驗，假設各項操作都正確，但最終測得結果都偏高，請你提出改進方案的建議：____。如果拆去B裝置，測得結果可能會___（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

（3）改進方案后，測得反應后D裝置增重1.35g，則鐵礦石中氧的百分含量為____。

若將H2換成CO，則還需補充____裝置。有同學認為，不測定D裝置的凈增質量，通過測定物理量____，也能達到實驗目的。

實驗（三）鐵礦石中含鐵量的測定：

（4）步驟④中煮沸的作用是____。

（5）步驟⑤中用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還有___。

（6）下列有關步驟⑥的說法中正確的是___（填序號）。

a.因為碘水為黃色，所以滴定過程中不需要加指示劑

b.滴定過程中可利用淀粉溶液作為指示劑

c.滴定管用蒸餾水洗滌后可以直接裝液

d.錐形瓶不能用待裝液潤洗

e.滴定過程中，眼睛應注視滴定管中液面變化

f.滴定結束后，30s內溶液不恢復原來的顏色，再讀數

（7）若滴定過程中消耗0.5000molL-1的KI溶液20.00mL，則鐵礦石中鐵的百分含量為____。綜合實驗（二）的結果，可以推算出該鐵礦石中鐵的氧化物的化學式為____。

Answer 1

【答案】鐵礦石中含+2、+3價鐵 稀硫酸 ② 裝置D后連接一個盛堿石灰的干燥管 偏高 24% 尾氣處理 裝置C反應前后質量變化 趕走溶液中溶解的過量的Cl2 250mL容量瓶 df 70% Fe5O6

【解析】

提出假設：依據假設1、2分析推斷假設3為鐵礦石中含+2、+3價鐵；

定性研究：（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性可能也會氧化亞鐵離子，濃鹽酸會被高錳酸鉀溶液氧化生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據實驗步驟②加入高錳酸鉀溶液褪色證明含有亞鐵離子；

定量研究：（2）分析裝置圖，最后堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導致測定結果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣會進入裝置D導致測定結果偏高；

（3）依據裝置D中水的質量，結合氧元素守恒計算含氧元素質量，得到鐵礦石中氧的百分含量；

（4）煮沸可以將水中的氣體趕走；

（5）根據稀釋液體和配制一定體積的溶液所選擇的儀器來回答；

（6）根據滴定試驗以及滴定過程中的實驗誤差分析知識來回答判斷；

（7）根據元素守恒和化學反應方程式進行計算；根據鐵元素質量分數和氧元素質量分數計算出鐵的氧化物的化學式。

提出假設：假設1：鐵礦石中只含+3價鐵；假設2：鐵礦石中只含+2價鐵；依據假設1、2，結合鐵元素存在的化合價，分析推斷假設3為鐵礦石中含+2、+3價鐵，故答案為：鐵礦石中含+2、+3價鐵；

定性研究：（1）樣品溶解需要酸，硝酸具有氧化性也會氧化亞鐵離子，濃鹽酸會把高錳酸鉀還原而使高錳酸鉀溶液褪色，所以只有稀硫酸符合；依據實驗步驟②，向第二份溶液中滴加適量高錳酸鉀溶液具有強氧化性，加入高錳酸鉀溶液褪色證明被還原，證明含有亞鐵離子，故答案為：稀硫酸；②；

定量研究：（2）該實驗中，氫氣和氧化鐵反應生成金屬鐵和水，水被堿石灰吸收，通過測定堿石灰增重的質量計算氧的含量，分析裝置圖，堿石灰可以吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳導致測定結果偏高，需在最后再連接一個裝有堿石灰的干燥管；若去掉裝置B，水蒸氣會進入裝置D導致測定結果偏高；故答案為：裝置D后連接一個盛堿石灰的干燥管；偏高；

（3）依據水的質量計算含氧元素質量得到鐵礦石中氧的百分含量，測得反應后裝置D增重1.35g，根據反應的實質，增加的是水的質量，根據質量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：×100%=24%。一氧化碳有毒不能排放空氣中，若將H2換成CO，則還需補充尾氣吸收裝置。若不測定D裝置的凈增質量，通過測定物理量裝置C反應前后質量變化也可以計算含氧量，故答案為：24%；尾氣處理；裝置C反應前后質量變化；

（4）向鐵礦石中加入硫酸，發生反應生成硫酸的鐵鹽溶液，過濾后溶液中含有硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸，通入過量的氯氣，把溶液中的亞鐵離子氧化為鐵離子，煮沸后可以降低氯氣的溶解度，趕走溶液中溶解的過量的Cl2，故答案為：趕走溶液中溶解的過量的Cl2；

（5）將原溶液稀釋到250mL，需要使用的玻璃儀器儀器有：燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、250mL容量瓶，還缺少250mL容量瓶，故答案為：250mL容量瓶；

（6）a．碘水為黃色，三價鐵離子也是黃色溶液，滴定過程中需加指示劑，故a錯誤；

b．滴定過程中，三價鐵可以和碘離子發生反應生成亞鐵離子和碘單質，碘單質遇到淀粉溶液顯示藍色，不能確定是否達到滴定終點，故b錯誤；

c．滴定管用蒸餾水洗滌后必須用標準液潤洗，故c錯誤；

d．錐形瓶不需要用待測液潤洗，故d正確；

e．滴定過程中，眼睛注視錐形瓶中顏色的變化，故e錯誤；

f．滴定結束后，30s內溶液不恢復原來的顏色再讀數，故f正確，

故答案為：df；

（7）根據反應的方程式為2Fe3++2I-=2Fe2++I2可知，消耗的碘離子與鐵離子物質的量相等，n（Fe3+）=n（KI），即：0.5000molL-1×0.020L=c（Fe3+）×0.02L，解得c（Fe3+）=0.5000molL-1，所以鐵元素的百分含量為：×100%=70%，鐵的質量分數是70%，實驗二測得氧元素的質量分數是24%，所以100g鐵礦石中，鐵元素的質量是70g，氧元素質量是24g，鐵元素和氧元素的物質的量比為：：=5：6，鐵的氧化物的化學式為Fe5O6，故答案是：70%；Fe5O6。