Question

19．聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學組成可表示為[Fe_x（OH）_y（SO₄）_z]_m．某中學化學興趣小組以聚合硫酸鐵的生產流程和相關性質進行了一系列的探究．
Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業(yè)生產．
如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

回答下列問題
（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為氧化鐵．“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似（填操作名稱）．
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，寫出鐵銹與該酸反應的化學反應方程式Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉化為Fe³⁺．你認為下列氧化劑中最合適的是C（填標號），原因是不引入其他雜質．
A．KMnO₄B．Cl₂C．H₂O₂D．HNO₃
（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是AB．
A．有利于水分蒸發(fā)B．降低沸點，防止晶體分解C．降低生產成本
Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究．
該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學式，進行了如下實驗：
①稱取5.52g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；
②向①所得的混合物中加入足量的BaCl₂溶液，充分反應后，經過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66g．
③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20g．
則聚合硫酸鐵[Fe_x（OH）_y（SO₄）_z]_m樣品中的x：y：z的值為2：4：1．
試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產物成分探究．
該小組將5.52g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產物進行實驗探究．（已知SO₃的熔點為16.8℃）．
【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO₃；
假設2：所得氣體的成分是SO₂、O₂；
假設3：所得氣體的成分是SO₃、SO₂、O₂．
【設計實驗】
按下圖裝置進行實驗．

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
【實驗結論】
通過實驗現(xiàn)象判斷，假設3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質量為3.2g．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵；
“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似；
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質；
氧化鐵和稀硫酸反應生成硫酸鐵和水；
（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，下列氧化劑中最合適的是過氧化氫，反應后過氧化氫被還原成水；
（4）水的沸點隨著壓強減小而減��；
Ⅱ．鋇離子能和硫酸根離子結合成白色沉淀硫酸鋇；
鐵離子能和氫氧根離子結合成紅褐色沉淀氫氧化鐵，灼燒氫氧化鐵分解生成氧化鐵和水；
該聚合硫酸鐵與鹽酸反應生成硫酸鐵、氯化鐵和水；
Ⅲ．二氧化硫能使品紅溶液褪色；
二氧化硫能和氫氧化鈉反應生成亞硫酸鈉和水；
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則該物質是氧化鐵．

解答 解：Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵，“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似．
故填：氧化鐵；過濾．
（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質；
鐵銹中的氧化鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應的化學反應方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
故填：稀硫酸；Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O．
（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，下列氧化劑中最合適的是H₂O₂，這是因為利用過氧化氫做氧化劑不會帶入新的雜質．
故選：C．
（4）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)有利于水分蒸發(fā)，能夠降低沸點，防止晶體分解．
故選：AB．
Ⅱ．設硫酸根離子質量為x，
Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄，
          96      233
          x       4.66g
$\frac{96}{x}$=$\frac{233}{4.66g}$，
x=1.92g，
若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后得到氫氧化鐵沉淀，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵、稱重，得固體3.20g，說明氧化鐵質量是3.20g，則鐵離子質量為：3.20g$\frac{112}{160}$×100%=2.24g，
則聚合硫酸鐵中氫氧根離子質量為：5.52g-1.92g-2.24g=1.36g，
x：y：z=$\frac{2.24g}{56}$：$\frac{1.36g}{17}$：$\frac{1.92g}{96}$=2：4：1．
故填：2：4：1．
該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式為：3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
故填：3[Fe₂（OH）₄SO₄]_m+12mHCl=mFe₂（SO₄）₃+4mFeCl₃+12mH₂O．
Ⅲ．【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO₃；
假設2：所得氣體的成分是SO₂、O₂；
假設3：所得氣體的成分是 SO₃、SO₂、O₂．
故填：SO₃、SO₂、O₂．
【設計實驗】裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
故填：吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
B中無水硫酸銅變藍說明生成水，C中U形管內有無色晶體析出是在冰水結晶的，根據信息“已知SO₃的熔點為16.8℃”，可知晶體為三氧化硫，D中品紅溶液褪色，說明生成二氧化硫，所以應該是假設3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，根據顏色以及質量守恒定律可得固體為氧化鐵．
設生成的氧化鐵的質量為x（這個化學方程式配平可以用待定系數法，最好是借助化合價升降法）
4Fe₂（OH）₄SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Fe₂O₃+2SO₂↑+2SO₃↑+O₂↑+8H₂O
1104                           640
5.52g                          x
$\frac{1104}{640}$=$\frac{5.52g}{x}$
x=3.2g              
故填：3；3.2g

點評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實際上與復雜的轉化圖相比，其實很簡單很基礎，或者可以說轉化圖提供的是情境，考查基本知識．