Question

【題目】利用鈦白工業的副產品FeSO4（含TiO2+、Al3+）可以生產電池級高純超微細草酸亞鐵。其工藝流程如下：

已知：

①過濾1得到的濾渣的主要成分是Al(OH)3、H2TiO3

②5Fe2+ +MnO4- +8H+ =5Fe3+ +Mn2+ +4H2O 5C2O42- +2MnO4- +16H+ =10CO2↑+2Mn2+ +8H2O

（1）除雜過程中加入Fe的作用是___________________________。

（2）沉淀過程的反應溫度為40℃，溫度不宜過高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有_____。

（3）實驗室測定高純超微細草酸亞鐵組成的步驟依次為：

步驟1：準確稱量一定量草酸亞鐵樣品，加入30 mL 2mol·L-1 的H2SO4溶解。

步驟2：用c mol·L-1標準KMnO4溶液滴定，消耗其體積a mL。

步驟3：向滴定后的溶液中加入3g Zn粉和8 mL 2mol·L-1的H2SO4溶液，將Fe3+還原為Fe2+。

步驟4：過濾，濾液用上述標準KMnO4溶液滴定，消耗溶液b mL。

① KMnO4溶液應該裝在_______________滴定管中。

② 用KMnO4溶液滴定待測液，達到滴定終點的標志是__________________________________。

③ 下列操作會導致測定結果中樣品的C2O42- 的物質的量偏大的是____________________

A. 步驟2中，滴定管未用標準KMnO4 溶液潤洗

B. 步驟3中加入Zn不足

C. 步驟2中，讀標準溶液體積時，先仰視后俯視

D. 步驟4中，讀標準溶液體積時，先俯視后仰視

④ 樣品中C2O42- 的物質的量為_______________________。

（4）將一定量高錳酸鉀溶液與酸化的草酸亞鐵溶液混合，測得反應液中Mn2+ 的濃度隨反應時間t的變化如下圖，其變化趨勢的原因可能為__________________________________。

Answer 1

【答案】 防止Fe2+ 被氧化 防止NH3·H2O和Fe(OH)2受熱分解 酸式 滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液突然變成紫紅色，且半分鐘內不再恢復為原來的顏色 AB 2.5c(a－b)×10－3mol 生成的Mn2+ 作起催化作用，隨著Mn2+ 濃度增加，反應速率越來越快

【解析】副產品FeSO4(含TiO2+、Al3+)中加入鐵粉，將少量雜質離子除去，同時防止Fe2+ 被氧化，得到比較純凈的FeSO4溶液，向FeSO4溶液中加入氨水，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵和草酸反應生成高純超微細草酸亞鐵沉淀。

(1)由于Fe2+被具有很強的還原性，容易被氧化為Fe3+，鐵粉的還原性比Fe2+強，因此可以防止Fe2+被氧化，另外Fe能與H+反應生成Fe2+，降低了氫離子的濃度，調節pH值，使Al3+水解完全生成Al(OH)3沉淀，故答案為：防止Fe2+ 被氧化等；

(2)沉淀過程為一水合氨沉淀亞鐵離子的過程，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩定，受熱會分解，另外一水合氨受熱也會分解，故反應溫度不能太高，所以溫度不宜過高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH3H2O受熱易分解，揮發出NH3，Fe(OH)2受熱易分解；故答案為：NH3H2O受熱易分解，揮發出NH3，Fe(OH)2受熱也易分解；

(3)① KMnO4溶液具有強氧化性，應該裝在酸式滴定管中，故答案為：酸式；

② 用KMnO4溶液滴定待測液，終點時滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液突然變成紫紅色，且半分鐘內不再恢復為原來的顏色，故答案為：滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液突然變成紫紅色，且半分鐘內不再恢復為原來的顏色；

③A. 步驟2中，滴定管未用標準KMnO4 溶液潤洗，導致消耗的標準KMnO4 溶液的體積偏大，則樣品的C2O42- 的物質的量偏大，正確；B. 步驟3中加入Zn不足，導致鐵離子未完全還原，使得測得的亞鐵離子的含量偏少，樣品的C2O42- 的物質的量偏大，正確；C. 步驟2中，讀標準溶液體積時，先仰視后俯視，導致消耗的標準KMnO4 溶液的體積偏小，則樣品的C2O42- 的物質的量偏低，錯誤；D. 步驟4中，讀標準溶液體積時，先俯視后仰視，導致步驟4中消耗的標準KMnO4 溶液的體積偏大，使得測得的亞鐵離子的含量偏多，樣品的C2O42- 的物質的量偏小，錯誤；故選AB；

④由題意知步驟2氧化C2O42-和Fe2+共消耗c molL-1標準KMnO4溶液體積a mL，步驟3、4標準KMnO4溶液只氧化Fe2+，消耗KMnO4溶液體積bmL，所以C2O42-消耗KMnO4溶液體積為(a-b)mL，由5C2O42-+2MnO4-+16H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O得5C2O42-～2MnO4-，所以n(C2O42-)=n(MnO4-)=(a-b)×10-3L×cmolL-1×=2.5c(a－b)×10－3mol；故答案為： 2.5c(a－b)×10－3mol；

(4)從圖像上觀察，隨著反應對進行，曲線的斜率越來越大，說明單位時間內Mn2+的濃度越來越大，所以反應速率越來越快，反應中溫度不變，隨著反應的進行，反應物的濃度變小，而反應速率加快，只能是生成的Mn2+作催化劑，隨著Mn2+濃度增加，反應速率越來越快；故答案為：生成的Mn2+作催化劑，隨著Mn2+濃度增加，反應速率越來越快。