Question

（19分）铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石等混合物。某化学兴趣小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验。

（1）取磁性氧化铁按图中甲装置进行铝热反应，现象很壮观。取少许反应生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。出现这种结果的原因，除了可能混有没反应的磁性氧化铁外，还有一个原因是                       。

（2）为了克服图中甲的缺陷，改用图中乙装置进行铝热反应，主要步骤如下：

①在一个广口容器中放进一定量的干燥细沙；

②将一定量的铁砂和铝粉混合物装在纸漏斗中并埋入细沙里；

③将一定量的镁粉和氯酸钾混合物放在铝热剂上；

④再放上引火剂；引火反应，冷却；⑤取出反应后的铁块（如图丙）

请写出铝热反应的化学方程式：                                         

取少许反应生成的铁块溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液没有出现血红色。实验中干燥细沙的主要作用是                                             。

（3）测定图中乙反应所得的铁块纯度，流程如下图所示。几种氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH参考19题。

①试剂A应选择                ，试剂B应选择                  。

A．稀盐酸    B．氧化铁    C．H₂O₂溶液    D．氨水     E．MgCO₃固体

②操作Ⅰ的名称为              。操作Ⅱ的名称为              。固体M完全转化为固体N的标志是                  。

③已知常温下Fe(OH)₃的K_SP=4.0×10^-38，求反应Ⅲ后溶液中c(Fe³⁺)=         mol/L

④若最终红色粉末质量为14.14g，则该铁块的纯度是            。如果直接洗涤、烘干和称量固体M的质量，计算铁块的纯度，则计算结果会         （填“偏大”“偏小”或“无影响“）。原因是       。

Answer

（1）生成的红热的铁在掉落到蒸发皿过程中，表面被空气氧化为Fe3O4 (2分）

（2） 8 Al +3Fe3O44Al2O3 +9 Fe 防止生成的铁被氧化 （4分）

（3）① C D ； ②过滤； 洗涤、 灼烧；最后两次称量质量差小于0.1g ；

③c(Fe3+)=4×10-8 mol/L（2分）④98.98%（2分）偏小，氢氧化铁固体在烘干过程中易分解脱水。

【解析】

试题分析：（1）取磁性氧化铁按图中甲装置进行铝热反应，现象很壮观。取少许反应生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。出现这种结果的原因，除了可能混有没反应的磁性氧化铁外，还有一个原因是生成的红热的铁在掉落到蒸发皿过程中，表面被空气氧化为Fe3O4；铝热反应的化学方程式：8 Al +3Fe3O44Al2O3 +9 Fe；取少许反应生成的铁块溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液没有出现血红色。实验中干燥细沙的主要作用是防止生成的铁被氧化。（3）将乙中反应产生的铁块用盐酸溶解，在溶液中可能含有Fe2+、Fe3+、Al3+、H+，由于Fe2+, Al3+沉淀完全时溶液的pH很接近，不溶液分离，Fe3+完全沉淀时溶液的pH=3.2，所以向该溶液中加入氧化剂把Fe2+氧化为Fe3+，氧化剂是H2O2溶液，然后氨水调节溶液的pH=4,使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，再过滤分离出来；②所以操作Ⅰ的名称为过滤；操作Ⅱ的名称为洗涤、 灼烧；固体M完全转化为固体N的标志是最后两次称量质量差小于0.1g，M是Fe(OH)3；N是Fe2O3；③在常温下Fe(OH)3的KSP=4.0×10-38，即c(Fe3+)·c3(OH-)=4.0×10-38,由于溶液的pH=4，c(H+)=10-4,所以根据室温下水的离子积常数是10-14可得c (OH-)=10-10；c(Fe3+)=4.0×10-38÷c3(OH-)=4.0×10-8mol/L；④若最终红色粉末质量为14.14g，m(Fe)= (14.14g÷160g/mol)×2×56g/mol=9.898g，则该铁块的纯度是(9.898g÷10.g)×100%=98.98%；如果直接洗涤、烘干和称量固体M的质量，计算铁块的纯度，则由于氢氧化铁固体在烘干过程中易分解脱水，使计算结果偏小。

考点：考查化学实验操作的现象分析、反应条件的控制与选择、沉淀溶解平衡产生的应用、铝热反应方程式的书写、物质纯度的计算的知识。