7.工業(yè)上可以用廢鐵屑制備活性Fe3O4,流程如圖1:

(1)在制備過程中,不但要將塊狀固體原料粉碎、磨成粉末,作用是增大反應(yīng)物之間的接觸面積,增加反應(yīng)速率,提高生產(chǎn)效率.
(2)在合成池里生成Fe3O4的離子方程式為Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4↓+4H2O.
(3)根據(jù)流程可知,配料中心很可能使混合物中的Fe2O3與Fe物質(zhì)的量之比接近4:1.
(4)某同學利用廢鐵屑(含F(xiàn)e和Fe2O3)來制取FeCl3•6H2O晶體,同時測定混合物中鐵的質(zhì)量分數(shù),裝置如圖2(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(guān)閉彈簧夾K2,并打開活塞a,緩慢滴加鹽酸.
Ⅱ.當…時,關(guān)閉彈簧夾K1打開彈簧夾K2,當A中溶液完全進入燒杯后關(guān)閉活塞a.
Ⅲ.將燒杯中溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾后得到FeC13•6H2O晶體.
請回答:
①操作Ⅱ中“…”的內(nèi)容是當A中固體完全消失,燒杯中的現(xiàn)象是無色溶液逐漸變黃,有氣泡產(chǎn)生,相應(yīng)的方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O、2H2O2 $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H2O+O2↑_.(是離子反應(yīng)的寫離子方程式)
②若混合物質(zhì)量為m g,實驗結(jié)束后測得B中所得的氣體是V mL(標準狀況時),該同學由此計算出此廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分數(shù)是$\frac{V}{400m}$,該數(shù)值比實際數(shù)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(yīng)消耗部分Fe,使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少.

分析 (1)固體的表面積越大,反應(yīng)速率越快;
(2)Fe2+與Fe3+在堿性條件下反應(yīng)生成Fe3O4;
(3)沒有氣體產(chǎn)生,說明鐵剛好使三價鐵轉(zhuǎn)化為二價鐵,由于在1molFe3O4中可以認為有二價的氧化亞鐵和三價的三氧化鐵各1mol,設(shè)Fe為Xmol,F(xiàn)e2O3為ymol,生成1molFe3O4,根據(jù)Fe+2Fe3+=3Fe2+解題;
(4)①裝置A中的鐵完全消失,反應(yīng)結(jié)束;打開彈簧夾K2,反應(yīng)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(jù)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(yīng)方程式;
②“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;

解答 解:(1)固體的表面積越大,反應(yīng)速率越快,所以在工業(yè)生產(chǎn)中,將塊狀固體磨成粉末,并在反應(yīng)池中安裝攪拌機,目的是增加反應(yīng)速率,故答案為:增大反應(yīng)物之間的接觸面積,增加反應(yīng)速率,提高生產(chǎn)效率;
(2)Fe2+與Fe3+在堿性條件下反應(yīng)生成Fe3O4,反應(yīng)的離子方程式為:Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4↓+4H2O;故答案為:Fe2++2Fe3++8OH-=Fe3O4↓+4H2O;
(3)沒有氣體產(chǎn)生,說明鐵剛好使三價鐵轉(zhuǎn)化為二價鐵,由于在1molFe3O4中可以認為有二價的氧化亞鐵和三價的三氧化鐵各1mol,
設(shè)Fe為Xmol,F(xiàn)e2O3為ymol,生成1molFe3O4,根據(jù)Fe+2Fe3+=3Fe2+則有:
X+2Y=3;3X=1
解得X=$\frac{1}{3}$;Y=$\frac{4}{3}$,故Fe2O3與Fe物質(zhì)的量之比為4:1;
故答案為:4:1;
(4)①當A中固體完全消失,鐵完全和鹽酸反應(yīng)后,反應(yīng)結(jié)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(yīng)的方程式為:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,2H2O2 $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$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(chǎn)生;2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,2H2O2 $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H2O+O2↑;
②由于廢鐵屑中含有氧化鐵,和鹽酸反應(yīng)生成的三價鐵離子能夠和鐵反應(yīng),導(dǎo)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(yīng)消耗部分Fe,使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少.

點評 本題考查物質(zhì)的分離、提純和除雜以及鐵屑中鐵的質(zhì)量分數(shù)和制取氯化鐵晶體,涉及了較多的化學方程式的書寫、質(zhì)量分數(shù)的計算、實驗操作等知識,難度中等,注意實驗基本操作方法,把握實驗原理.

練習冊系列答案
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(1)計算發(fā)生反應(yīng)的鐵的物質(zhì)的量為多少?(寫出計算過程)
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12.A2、B2、C2三種單質(zhì)和它們離子間能發(fā)生下列反應(yīng):
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3.對燃煤煙氣和汽車尾氣進行脫硝、脫碳和脫硫等處理,可實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排等目的.汽車尾氣脫硝脫碳的主要原理為:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化劑}{?}$ N2(g)+2CO2(g)△H=a kJ•mol-1
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III.如圖2所示,用無摩擦、無質(zhì)量的活塞1、2將反應(yīng)器隔成甲、乙兩部分,在25℃和101kPa下達到平衡時,各部分體積分別為V、V.此時若去掉活塞1,不引起活塞2的移動.則x=1.5,V:V=3:1.

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