Question

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(shè)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氧化物的化學式進行探究。          

【提出假設(shè)】

假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價鐵；      假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價鐵；
假設(shè)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(shè)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(guān)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

【知識點】常見實驗操作步驟、實驗方案的設(shè)計與評價

【答案解析】 假設(shè)3：鐵礦石中同時含有二價鐵和三價鐵 （1分）

（1）稀硫酸 （1分） ② （填序號） （1分）

（2）在D后加一干燥裝置；（2分）    偏高；（1分）
（3）24％ ；（1分）     尾氣處理，（1分） 硬質(zhì)玻璃管在反應前后的質(zhì)量變化；（1分）

（4）趕走多余的氯氣；（1分）  （5）250ml容量瓶；（1分）

（6）df ；（1分）   （7）70％  ；（1分）  Fe₅O₆  （2分）

解析：鐵礦石中主要研究含鐵的氧化物，假設(shè)1：鐵礦石中只含+3價鐵； 假設(shè)2：鐵礦石中只含+2價鐵；所以假設(shè)3：鐵礦石中同時含有二價鐵和三價鐵。（1）X是用來溶解鐵礦石的，濃鹽酸會和高錳酸鉀反應，稀硝酸也具有氧化性，故只能選擇稀硫酸；①③④中都有三價鐵的干擾，只有②褪色才能證明一定含亞鐵離子；（2）實驗方案中氫氣還原氧化物的產(chǎn)物水被干燥管D吸收，根據(jù)干燥管增重計算，空氣中的水蒸氣也會進入D，導致結(jié)果偏高，故應在D后加一干燥裝置；如果拆去B裝置，會有水蒸氣從制氫氣裝置中出來，造成測得結(jié)果偏高；（3）測得反應后D裝置增重1.35g，水的質(zhì)量，其中的氧來自鐵礦石，m(O)=1.35g×16/18=1.2g，鐵礦石共5.0g，則鐵礦石中氧的百分含量=1.2÷5.0×100%=24%；

若將H₂換成CO，CO有污染，還需補充尾氣處理裝置；不測定D裝置的凈增質(zhì)量，通過測定物理量硬質(zhì)玻璃管在反應前后的質(zhì)量變化，也能達到實驗目的；（4）如果溶液中混有氯氣會和后面的KI反應影響測定結(jié)果，所以，步驟④中煮沸的作用是趕走多余的氯氣；（5）步驟⑤是配制一定濃度的標準溶液，用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還有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；（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）=0.5000mol•L^-1×0.020L=0.01mol，所以鐵元素的百分含量=0.01mol×(250mL÷20mL)×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:=5:6，

該鐵礦石中鐵的氧化物的化學式： Fe₅O₆ ；

【思路點撥】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(shè)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。