Question

實驗室用硫酸廠燒渣（主要成分為Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂等）制備聚鐵（堿式硫酸鐵的聚合物）和綠礬(FeSO₄?7H₂O)，有關的工藝流程如下：

（1）將過程②中產生的氣體通入下列溶液中，溶液不會褪色的是___________（填編號）；

A．品紅溶液	B．紫色石蕊溶液
C．酸性KMnO4溶液	D．溴水

（2）在①中已知FeS中鐵元素生成Fe³⁺，S元素生成單質硫，FeS、O₂、H₂SO₄反應的方程式是                                                             ；
（3）在③中，需加入的物質是___________________________；
（4）在④中，蒸發濃縮需要的硅酸鹽儀器除酒精燈外，還有_______________________；
（5）在⑥中，將溶液Z控制到70～80℃的目的是________________________________；
（6）為測量聚鐵樣品中鐵元素的質量分數，進行下列實驗（假設雜質中不含鐵元素和硫元素）：稱取2.700g樣品，將樣品溶于足量的鹽酸后，滴加過量的BaCl₂；過濾、洗滌、干燥，稱量固體的質量為3.495g。若該聚鐵主要成分為[Fe(OH)(SO₄)]_n，求該聚鐵樣品中鐵元素的質量分數[Mr (BaSO₄) =233、Mr (Fe) =56]。（寫出計算過程，結果保留4位有效數字）。

Answer 1

（16分）（1）B（2分）
（2）4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂(SO₄)₃+ 6H₂O +4S（3分，寫離子方程式“4FeS+3O₂+12H⁺=4Fe³⁺+6H₂O+4S”也得分）
（3）Fe（或鐵粉）（2分）
（4）蒸發皿（或燒杯，多答石棉網不扣分）、玻璃棒（2分）
（5）升高溫度促進Fe³⁺的水解（2分），過高溫度不利于聚鐵的形成（或者完全水解了）（1分）   注：答“溫度太低不利于水解，溫度過高難于生成聚鐵（或意思相近）”也得分
（6）（4分）設鐵元素的質量為xg，根據鐵、硫元素守恒可得關系式，則：
n Fe ～[Fe(OH)(SO₄)]_n ～ nBaSO₄  (1分)
56n                     233n
x                      3.495g
56n/233n=x/3.495g（1分）
x=0.84g（1分）
則樣品中鐵元素的質量分數=0.84/2.700×100%=31.11%（1分）

試題分析：（1）SiO₂的性質穩定，灼燒時不能反應，而S灼燒時易與O₂反應生成SO₂氣體；二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色，故A錯誤；二氧化硫具有酸性氧化物的通性，易溶于水并與水反應生成亞硫酸，其溶液顯酸性，能使紫色石蕊溶液變紅，但是不能褪色，故B正確；二氧化硫具有還原性，酸性高錳酸鉀具有強氧化性，二者易發生氧化還原反應，因此能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故C錯誤；溴水具有氧化性，能被二氧化硫還原為溴離子，因此SO₂能使溴水褪色，故D錯誤；（2）根據化合價升降情況可治，FeS是還原劑，O₂是氧化劑，根據電子得失、電荷、原子守恒原理可得：4FeS+3O₂+6H₂SO₄=2Fe₂(SO₄)₃+ 6H₂O +4S或4FeS+3O₂+12H⁺=4Fe³⁺+6H₂O+4S；（3）綠礬為七水合硫酸亞鐵，由此推斷步驟③的目的將Fe³⁺還原為Fe²⁺，根據除雜不引入新雜質的原則，應該加入過量的鐵屑或鐵粉；（4）蒸發濃縮、冷卻結晶主要使用的儀器是蒸發皿、燒杯、玻璃棒、酒精燈；（5）鐵鹽能水解，水解反應是吸熱反應，溫度過低不利于Fe³⁺的水解，升高溫度可以促進Fe³⁺的水解，但是溫度過高時Fe³⁺能徹底水解變為沉淀，膠體也會聚沉為沉淀，因此采用70～80℃的條件；（6）設鐵元素的質量為xg，根據鐵、硫元素守恒可得關系式，則：
n Fe ～[Fe(OH)(SO₄)]_n ～ nBaSO₄
56n                     233n
x                      3.495g
根據式量之比等于質量之比，則56n/233n=x/3.495g，解得：x=0.84g，所以樣品中鐵元素的質量分數=0.84/2.700×100%=31.11%。