Question

綠礬（FeSO₄?7H₂O）是重要的化學(xué)化工試劑，工業(yè)上常利用機(jī)械加工行業(yè)產(chǎn)生的廢鐵屑為原料制備．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）圖是某研究性學(xué)習(xí)小組用于制備綠礬的裝置，其中集氣瓶的作用是

 

；燒杯中盛放的試劑是 CuSO₄溶液，發(fā)生反應(yīng)：

 

CuSO₄+

 

PH₃+

 

 

=

 

H₃PO₄+

 

H₂SO₄+

 

Cu↓，請(qǐng)配平．
（2）如圖錐形瓶中的反應(yīng)物是鐵屑和28%的硫酸，反應(yīng)前常用98%的硫酸配制500g 28%的硫酸，要算出所需98%的硫酸的體積，還要知道的數(shù)據(jù)是

 

．
（3）在制備硫酸亞鐵的過程中，理論上控制鐵過量或酸過量均有利于防止Fe²⁺被氧化．設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一，控制酸過量；實(shí)驗(yàn)二，控制鐵過量；其余步驟同，制得硫酸亞鐵，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)．檢測(cè)結(jié)果如下：

序號(hào)	反應(yīng)物用量	產(chǎn)品質(zhì)量
1	n（H2SO4）：n（Fe）＞1：1	介于Ⅰ級(jí)～Ⅱ級(jí)之間
2	n（H2SO4）：n（Fe）＜1：1	優(yōu)于Ⅰ級(jí)

已知產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：Fe³⁺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.005%，產(chǎn)品質(zhì)量定為Ⅰ級(jí)；Fe³⁺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.01%，產(chǎn)品質(zhì)量定為Ⅱ級(jí)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，可得出制備硫酸亞鐵溶液時(shí)，反應(yīng)控制

 

過量為最佳．
（4）該小組在繼續(xù)研究由綠礬制備Fe（OH）₂的過程中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)白色的沉淀會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色．甲同學(xué)查資料該灰綠色沉淀可能是Fe₃（OH）₈，請(qǐng)用氧化物的形式寫出該沉淀

 

；乙同學(xué)查資料后認(rèn)為該灰綠色沉淀是由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量的Fe（OH）₃的緣故，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N在研究由Fe²⁺制備Fe（OH）₂的過程中，有助于對(duì)沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)新思路

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)裝置圖分析，集氣瓶是起到安全瓶的作用分析判斷；依據(jù)氧化還原反應(yīng)的元素化合價(jià)變化和電子守恒分析計(jì)算配平寫出化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)m=ρVω判斷；
（3）根據(jù)表格中產(chǎn)品等級(jí)和反應(yīng)物用量判斷；
（4）根據(jù)鐵元素的化合價(jià)，由物質(zhì)Fe₃（OH）₈中鐵元素化合價(jià)總和應(yīng)為+8，可推斷該物質(zhì)的分子中含+2價(jià)Fe²⁺一個(gè)、+3價(jià)Fe³⁺二個(gè)，把鐵、氫元素與氧元素結(jié)合成氧化物，而改寫其化學(xué)式；根據(jù)沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故分析，因此可采取向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液生成其混合物或直接把兩種物質(zhì)混合，觀察顏色的方法以驗(yàn)證沉淀由“白”變“綠”的原因．

解答：解：（1）裝置圖中分析可知，集氣瓶起到安全瓶的作用，防止燒杯中的液體倒吸到錐形瓶中污染生成的產(chǎn)物；氧化還原反應(yīng)中CuSO₄中銅元素化合價(jià)從+2價(jià)變化為0價(jià)，轉(zhuǎn)移電子為2，PH₃中磷元素化合價(jià)-3價(jià)變化為+5價(jià)，轉(zhuǎn)移電子為8，依據(jù)電子守恒和原子守恒配平書寫得到化學(xué)方程式為：4CuSO₄+PH₃+4H₂O=H₃PO₄+4H₂SO₄+4Cu
故答案為：起安全瓶作用，防止燒杯中的洗液倒吸至錐形瓶中污染產(chǎn)物；4，1，4H₂O，1，4，4；
（2）根據(jù)m=ρVω知，要計(jì)算溶液的體積還需要知道98%硫酸的密度，故答案為：98%硫酸的密度；
（3）硫酸和鐵的質(zhì)量比確定了產(chǎn)品的級(jí)別，從Fe³⁺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.005%，產(chǎn)品質(zhì)量定為Ⅰ級(jí)；Fe³⁺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于0.01%，產(chǎn)品質(zhì)量定為Ⅱ級(jí)，可以看出，三價(jià)鐵的含量越低級(jí)別越高，從表中可以看出，只要控制鐵過量，產(chǎn)品級(jí)別就高，故答案為：鐵；
（4）由資料信息可知，氫氧化亞鐵為白色而氫氧化鐵為棕色，二者的混合物呈現(xiàn)出綠色，因此實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象應(yīng)是生成的Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故；資料中提及的微綠色Fe₃（OH）₈，可理解為Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的結(jié)合起的一種物質(zhì)，其中既有+2價(jià)鐵也有+3價(jià)鐵，因此改寫為氧化物的形式時(shí)，8個(gè)氫原子應(yīng)結(jié)合成4H₂O，所以應(yīng)寫成：FeO?Fe₂O₃?4H₂O，由于出現(xiàn)的沉淀由白變綠是因?yàn)樾纬闪薋e（OH）₂與Fe（OH）₃的混合沉淀，因此可利用向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中直接加入NaOH溶液，反應(yīng)生成Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的混合沉淀物，觀察此時(shí)沉淀物的顏色，或直接取Fe（OH）₂與Fe（OH）₃進(jìn)行混合，觀察混合后顏色的方法，以解釋沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象，
故答案為：FeO?Fe₂O₃?4H₂O；向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液后，觀察生成的沉淀的顏色是否為灰綠色．或者可以將Fe（OH）₃和Fe（OH）₂混合后觀察其顏色

點(diǎn)評(píng)：本題考查了鐵及其化合物性質(zhì)的分析，反應(yīng)現(xiàn)象的判斷應(yīng)用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所提供資料的分析，正確理解實(shí)驗(yàn)的目的及出現(xiàn)現(xiàn)象的原因，對(duì)于解答此新知識(shí)的探究型問題是尤其重要的，題目難度中等．