Question

铁黑（Fe₃O₄）是常见的铁系颜料.一种制取铁黑的实验流程如下图所示：

制取铁黑的反应原理可表示为Fe(OH)₂+2Fe(OH)₃Fe(OH)₂·2Fe(OH)₃ Fe₃O₄

（1）加入氨水调pH至7～9时，发生反应的离子方程式为_______________。

（2）为了保证铁黑样品的质量，“合成”中需要控制的因素有______________（填三个）。

（3）铁黑产品中Fe₃O₄的含量是判断产品等级的依据之一。某铁黑样品中混有的杂质为FeO、Fe₂O₃中的一种。根据国标方法，进行的测定实验如下：

步骤1：称取1.908g样品置于锥形瓶中，加入足量盐酸，加热使之完全溶解。

步骤2：向锥形瓶中先加入足量的SnCl₂溶液，将Fe³⁺全部转化为Fe²⁺，除去过量的Sn²⁺，再加入一定量的硫酸和磷酸，并滴加指示剂。

步骤3：再向锥形瓶中滴加0.08200mol·L^-1K₂Cr₂O₇溶液，发生反应：Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O

恰好完全反应时，共消耗50.00mL K₂Cr₂O₇溶液。请计算样品中Fe₃O₄的质量分数_____________（写出计算过程）。

Answer

Fe2+ + 2NH3·H2O = Fe(OH)2↓+ 2NH4+ 氨水的用量、通入空气的量(或氢氧化亚铁与空气的比例)、反应温度等 n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.08200mol·L-1×50.00×10-3 L=0.0246mol

1.908g样品中铁元素总质量为：m(Fe)= 0.0246mol×56 g·mol -1=1.3376g

1.908g样品中氧元素总质量为：m(O)= 1.908g -1.3376g=0.5304g

n(O)= 0.5304g/16 g·mol -1=0.03315mol

n(O)/n(Fe)=1.348>4/3，所以铁黑样品中混有的杂质为Fe2O3

设Fe3O4的物质的量为x，Fe2O3的物质的量为y

x=0.0076mol，y=0.0009mol

样品中Fe3O4的质量分数==92.41%

【解析】（1）在FeSO4溶液中滴加氨水调pH至7～9时，会有生成Fe(OH)2，发生反应的离子方程式为Fe2+ + 2NH3·H2O = Fe(OH)2↓+ 2NH4+；

（2）Fe(OH)2在空气中易氧化而生成Fe(OH)3，为保证铁黑样品的质量，“合成”中需要控制的因素有氨水的用量、通入空气的量(或氢氧化亚铁与空气的比例)、反应温度等。

（3）n(Fe2+)=6n(Cr2O72-)=6×0.08200mol·L-1×50.00×10-3 L=0.0246mol

1.908g样品中铁元素总质量为：m(Fe)= 0.0246mol×56 g·mol -1=1.3376g

1.908g样品中氧元素总质量为：m(O)= 1.908g -1.3376g=0.5304g，n(O)= 0.5304g/16 g·mol -1=0.03315mol；

n(O)/n(Fe)=1.348>4/3，所以铁黑样品中混有的杂质为Fe2O3

设Fe3O4的物质的量为x，Fe2O3的物质的量为y；

3x+2y=0.0246mol、4x+3y=0.03315mol 解得：x=0.0076mol、y=0.0009mol；

则样品中Fe3O4的质量分数=×100%=92.41％。