Question

氯化鐵是實驗室中的重要試劑．某同學用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃?6H₂O晶體，同時測定廢鐵屑中鐵的質量分數，為此設計了如圖裝置（夾持裝置略，氣密性已檢驗）：
操作步驟如下：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁、關閉彈簧夾K₂，并打開活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當…時，關閉彈簧夾K₁、打開彈簧夾K₂，當A中溶液完全進入燒杯后關閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾后得到FeCl₃?6H₂O晶體．請回答：
（1）A中發生的置換反應的化學方程式是______．
（2）操作Ⅱ中“…”的內容是______，燒杯中的現象是______，相應的離子方程式和化學方程式是______、______．
（3）操作Ⅲ不采用直接加熱制FeCl₃?6H₂O晶體的原因是______（用簡要文字并結合離子方程式解釋）．
（4）測得B中所得的氣體是V mL（標準狀況時），由此計算出該廢鐵屑中鐵的質量分數是，該數值比實際數值偏低，若實驗過程操作無誤，偏低的原因是______．
（5）為了準確測定鐵的質量分數，還可以另取mg廢鐵屑和某種常見的還原劑氣體在加熱時充分反應到恒重，測得實驗后剩余固體質量是wg．由此求出鐵的準確質量分數是______（用含m、和w的式子表示）．

Answer 1

解：（1）鐵與鹽酸反應的方程式是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，
故答案是：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
（2）當A中固體完全消失，鐵完全和鹽酸反應后，反應結束；當A中溶液完全進入燒杯，生成的氯化亞鐵被氧化成黃色的氯化鐵，生成的氯化鐵作催化劑，使雙氧水分解，反應的方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ 2H₂O+O₂↑，
故答案是：當A中固體完全消失；無色溶液逐漸變黃，有氣泡產生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ 2H₂O+O₂↑；
（3）由于氯化鐵溶液中存在反應Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，該反應吸熱，加入會促進水解，生成了氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體，
故答案是：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加熱會促進FeCl₃水解，產生Fe（OH）₃；
（4）由于廢鐵屑中含有氧化鐵，和鹽酸反應生成的三價鐵離子能夠和鐵反應，導致鐵減少，置換的氫氣體積減少，
故答案是：Fe³⁺和Fe發生反應消耗部分Fe，使與鹽酸反應的Fe相應減少；
（5）mg廢鐵屑中的氧化鐵被還原后質量變成wg鐵，質量差（m-w）g就是氧化鐵中氧元素的質量，n（O）=mol，n（Fe₂O₃）=×n（O）=mol，
鐵的質量分數為：=，
故答案是：．
分析：（1）鐵和鹽酸反應生成氫氣和氯化亞鐵的化學方程式；
（2）裝置A中的鐵完全消失，反應結束；打開彈簧夾K₂，反應生成的氯化亞鐵被雙氧水氧化成氯化鐵，同時有氧氣放出；根據氯化亞鐵被雙氧水氧化、生成的氯化鐵作催化劑使雙氧水分解情況，寫成反應方程式；
（3）直接加熱氯化鐵溶液，三價鐵離子會發生水解生成氫氧化鐵沉淀，無法制取氯化鐵晶體；
（4）“用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來制取FeCl₃?6H₂O晶體”，氧化鐵溶于鹽酸，生成的三價鐵離子能夠消耗鐵；
（5）根據質量減少的部分就是氧化鐵中氧元素的質量，求出氧化鐵的物質的量，再計算出鐵的質量分數．
點評：本題考查了鐵屑中鐵的質量分數和制取氯化鐵晶體，涉及了較多的化學方程式的書寫、質量分數的計算、實驗操作等知識，本題難度中等．