Question

【題目】鐵黑（Fe3O4）是常見的鐵系顏料.一種制取鐵黑的實驗流程如下圖所示：

制取鐵黑的反應原理可表示為Fe(OH)2+2Fe(OH)3Fe(OH)2·2Fe(OH)3 Fe3O4

（1）加入氨水調pH至7～9時，發生反應的離子方程式為_______________。

（2）為了保證鐵黑樣品的質量，“合成”中需要控制的因素有______________（填三個）。

（3）鐵黑產品中Fe3O4的含量是判斷產品等級的依據之一。某鐵黑樣品中混有的雜質為FeO、Fe2O3中的一種。根據國標方法，進行的測定實驗如下：

步驟1：稱取1.908g樣品置于錐形瓶中，加入足量鹽酸，加熱使之完全溶解。

步驟2：向錐形瓶中先加入足量的SnCl2溶液，將Fe3+全部轉化為Fe2+，除去過量的Sn2+，再加入一定量的硫酸和磷酸，并滴加指示劑。

步驟3：再向錐形瓶中滴加0.08200mol·L-1K2Cr2O7溶液，發生反應：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O

恰好完全反應時，共消耗50.00mL K2Cr2O7溶液。請計算樣品中Fe3O4的質量分數_____________（寫出計算過程）。

Answer 1

【答案】 Fe2+ + 2NH3·H2O = Fe(OH)2↓+ 2NH4+ 氨水的用量、通入空氣的量(或氫氧化亞鐵與空氣的比例)、反應溫度等 n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.08200mol·L-1×50.00×10-3 L=0.0246mol

1.908g樣品中鐵元素總質量為：m(Fe)= 0.0246mol×56 g·mol -1=1.3376g

1.908g樣品中氧元素總質量為：m(O)= 1.908g -1.3376g=0.5304g

n(O)= 0.5304g/16 g·mol -1=0.03315mol

n(O)/n(Fe)=1.348>4/3，所以鐵黑樣品中混有的雜質為Fe2O3

設Fe3O4的物質的量為x，Fe2O3的物質的量為y

x=0.0076mol，y=0.0009mol

樣品中Fe3O4的質量分數==92.41%

【解析】（1）在FeSO4溶液中滴加氨水調pH至7～9時，會有生成Fe(OH)2，發生反應的離子方程式為Fe2+ + 2NH3·H2O = Fe(OH)2↓+ 2NH4+；

（2）Fe(OH)2在空氣中易氧化而生成Fe(OH)3，為保證鐵黑樣品的質量，“合成”中需要控制的因素有氨水的用量、通入空氣的量(或氫氧化亞鐵與空氣的比例)、反應溫度等。

（3）n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.08200mol·L-1×50.00×10-3 L=0.0246mol

1.908g樣品中鐵元素總質量為：m(Fe)= 0.0246mol×56 g·mol -1=1.3376g

1.908g樣品中氧元素總質量為：m(O)= 1.908g -1.3376g=0.5304g，n(O)= 0.5304g/16 g·mol -1=0.03315mol；

n(O)/n(Fe)=1.348>4/3，所以鐵黑樣品中混有的雜質為Fe2O3

設Fe3O4的物質的量為x，Fe2O3的物質的量為y；

3x+2y=0.0246mol、4x+3y=0.03315mol 解得：x=0.0076mol、y=0.0009mol；

則樣品中Fe3O4的質量分數=×100%=92.41％。