Question

18．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，且FeCl₃可作H₂O₂分解的催化劑；同時可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(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾后得到FeCl₃•6H₂O晶體．
請回答：
（1）A中發(fā)生的置換反應的化學方程式是Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑．
（2）操作Ⅱ中“…”的內容是當A中固體完全消失，燒杯中的現象是無色溶液逐漸變黃，有氣泡產生，相應的化學方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）測得B中所得的氣體是V mL（標準狀況時），由此計算出該廢鐵屑中鐵的質量分數是$\frac{V}{400m}$，該數值比實際數值偏低，若實驗過程操作無誤，偏低的原因是Fe³⁺和Fe發(fā)生反應消耗部分Fe，使與鹽酸反應的Fe相應減少．
（4）為了準確測定鐵的質量分數，還可以另取mg廢鐵屑和某種常見的還原劑氣體在加熱時充分反應到恒重，測得實驗后剩余固體質量是wg．由此求出鐵的準確質量分數是$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%（用含m、和w的式子表示）．

Answer 1

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）“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；
（4）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．

解答 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：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；2H₂O₂$\frac{\underline{\;氯化鐵\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）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(fā)生反應消耗部分Fe，使與鹽酸反應的Fe相應減少；
（4）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，設廢鐵屑中氧化鐵的質量為x
Fe₂O₃～3O
160   48
x    （m-w）g
$\frac{160}{48}=\frac{x}{（m-w）g}$
x=$\frac{10（m-w）}{3}g$
鐵屑中鐵的質量分數為：
$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%
故答案為：$\frac{m-\frac{10（m-w）}{3}}{m}$×100%．

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．