Question

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(yè)煉鐵的主要原料之一，其主要成分為鐵的氧化物（設雜質(zhì)中不含鐵元素和氧元素，且雜質(zhì)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(tài)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(zhì)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(xù)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(xù)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(jié)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(jié)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(zhì)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(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復原來的顏色，再讀數(shù)
（7）若滴定過程中消耗0.5000mol?L^-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(jié)果，可以推算出該鐵礦石中鐵的氧化物的化學式為

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,性質(zhì)實驗方案的設計

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：【提出假設】依據(jù)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亞鐵離子，濃鹽酸會被高錳酸鉀溶液也會生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)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(jié)果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣金融業(yè)裝置D導致測定結(jié)果偏高；
（3）依據(jù)裝置D中水的質(zhì)量，結(jié)合氧元素守恒計算含氧元素質(zhì)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(jù)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(jù)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(jù)元素守恒和化學反應方程式進行計算；根據(jù)鐵元素質(zhì)量分數(shù)和氧元素質(zhì)量分數(shù)計算出鐵的氧化物的化學式．

解答： 解：【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(jù)假設1、2，結(jié)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，硝酸具有氧化性可能也會亞鐵離子，濃鹽酸會被高錳酸鉀溶液也會生成氯氣，所以只有稀硫酸符合；依據(jù)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，根據(jù)固體質(zhì)量的變化來計算鐵的含量，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(jié)果偏高，需連接盛堿石灰的干燥管；去掉裝置B水蒸氣金融業(yè)裝置D導致測定結(jié)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(jù)水的質(zhì)量計算含氧元素質(zhì)量得到鐵礦石中氧的百分含量，測的反應后裝置D增重1.35g，根據(jù)反應的實質(zhì)，增加的是水的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，所以鐵礦石中氧的百分含量是：

1.35g 18g/mol ×16g/mol

5.0g

×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，不測定D裝置的凈增質(zhì)量，通過測定物理量裝置C反應前后質(zhì)量變化計算含氧量，
故答案為：24%；尾氣處理；裝置C反應前后質(zhì)量變化；
（4）向鐵礦石中加入硫酸，化反應生成硫酸的鐵鹽溶液，還存在過量的硫酸溶液，加入過量的氯氣，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(fā)生反應生成亞鐵離子和碘單質(zhì)，碘單質(zhì)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(jié)束后，30s內(nèi)溶液不恢復原來的顏色再讀數(shù)，故f正確，
故答案為：df；
（7）根據(jù)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(zhì)的量相等，n（Fe³⁺）=n（KI），即：0.5000mol?L^-1×0.020L=c（Fe³⁺）×0.02L，解得c（Fe³⁺）=0.5mol?L^-1，所以鐵元素的百分含量為：

0.5000mol/L×0.250L×56g/mol

10.0g

×100%=70%，
鐵的質(zhì)量分數(shù)是70%，氧元素的質(zhì)量分數(shù)是24%，所以100g鐵礦石中，鐵元素的質(zhì)量是70g，氧元素質(zhì)量是24g，鐵元素和氧元素的物質(zhì)的量比為：

70

56

：

24

16

=5：6，
鐵的氧化物的化學式為Fe₅O₆，
故答案是：70%；Fe₅O₆ ．

點評：本題考查了探究鐵礦石中氧元素和鐵元素的含量的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O計、操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，要求學生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學過的知識和技能，全面細致的思考才能得出正確的結(jié)論．