Question

鐵觸媒（鐵的氧化物）是硫酸工業(yè)的催化劑。某同學(xué)設(shè)計了以下兩種方案研究鐵觸媒的組成。
方案一：用下列裝置測定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

方案二：用下列實驗方法測定鐵觸媒的含鐵量，確定其組成。

（1）步驟④中用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、膠頭滴管和　　        　 。
（2）因為通入Cl₂不足量，“溶液B”中還含有      會影響測定結(jié)果。
（3）因為通入Cl₂過量且加熱煮沸不充分，“溶液B”中可能含有Cl₂。請設(shè)計實驗方案檢驗Cl₂，完成下列實驗報告。
限選試劑：0.1mol·L^－1酸性KMnO₄溶液、紫色石蕊試液、品紅稀溶液、淀粉-KI溶液、0.1moL·L^－1KSCN溶液

實驗操作	實驗現(xiàn)象與結(jié)論

 
（4）“干燥管C”的作用是                                                 。
（5）稱取15.2g鐵觸媒進行上述實驗。充分反應(yīng)后，測得“干燥管B”增重11.0g，則該鐵觸媒的化學(xué)式可表示為                                   。

Answer 1

（15分）
（1）250mL容量瓶 （2分）
（2）FeCl₂或者FeSO₄或者Fe²⁺  （2分）
（3）方案一：

實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取適量溶液B于試管中，滴加 2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現(xiàn)象，放置一段時間后，在觀察現(xiàn)象。（2分）	若溶液顯紅色后，紅色有褪去，則溶液B中含Cl2（2分）；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl2（2分）

 
方案二：

實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
取適量溶液B于試管中，滴加 2-3滴品紅稀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象（2分）	若溶液褪色，則溶液B中含Cl2（2分）；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl2（2分）

   
（4）防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入B中      （2分）
（5）Fe₄O₅或2FeO·Fe₂O₃    （3分）

解析試題分析：（1）步驟④為配制一定濃度的溶液，按實驗時使用的先后順序，需要的儀器有燒杯、玻璃棒、250mL容量瓶、膠頭滴管；（2）由于鐵觸媒的主要成分是鐵的氧化物，鐵的氧化物都是堿性氧化物，可溶于足量稀硫酸，則溶液A的主要成分是硫酸鐵、硫酸亞鐵和硫酸，氯氣具有強氧化性，亞鐵離子具有還原性，則通入氯氣的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，若氯氣不足，則溶液B中除硫酸鐵外還有硫酸亞鐵或氯化亞鐵，亞鐵離子的存在會影響滴定時消耗標準溶液的體積，影響測定結(jié)果；（3）若通入氯氣過量，則溶液中只含有鐵離子，不含亞鐵離子，鐵離子對檢驗溶液中可能含有的氯氣有干擾，因為它們都具有氧化性，都能使淀粉-KI溶液變藍，因此不能選擇淀粉-KI溶液檢驗氯氣的存在與否，也不能選擇酸性高錳酸鉀溶液或KSCN溶液，因為它們與氯氣相遇時無明顯變化，只能根據(jù)氯氣與水反應(yīng)生成鹽酸的酸性和次氯酸的強氧化性設(shè)計實驗方案；方案一：取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴紫色石蕊試液，振蕩，觀察現(xiàn)象，放置一段時間后，再觀察現(xiàn)象，若溶液顯紅色后，紅色有褪去，則溶液B中含Cl₂；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl₂；方案二：取適量溶液B于試管中，滴加2-3滴品紅稀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象，若溶液褪色，則溶液B中含Cl₂；若溶液不褪色，則溶液B不含有Cl₂；（4）干燥管B中堿石灰的目的是吸收CO與鐵觸媒反應(yīng)生成的二氧化碳，干燥管C中堿石灰的目的是防止空氣中的CO₂和水蒸氣進入B中，干擾鐵觸媒組成的測定實驗；（5）由于堿石灰與過量的CO不反應(yīng)，只能吸收CO₂，則干燥管B增加的質(zhì)量就是A中反應(yīng)生成的CO₂的質(zhì)量，由于CO₂的相對分子質(zhì)量為44，m/M=n，則n(CO₂)=11.0g÷44g/mol=0.25mol；根據(jù)碳元素守恒可得關(guān)系式：CO～CO₂，則參加反應(yīng)的n(CO)= n(CO₂)=0.25mol，由于n?M=m，則m(CO)=0.25mol×28g/mol=7.0g；由于m(CO₂)—m(CO)= 11.0g—7.0g=4.0g，根據(jù)氧元素質(zhì)量守恒可得，鐵觸媒中氧元素的質(zhì)量為4.0g；由于鐵觸媒的質(zhì)量為15.2g，則其中鐵元素的質(zhì)量為15.2g—4.0g=11.2g；由于m/M=n，則n(Fe)=11.2g÷56g/mol=0.20mol，則n(O)=4.0g÷16g/mol=0.25mol；鐵觸媒中鐵、氧原子的物質(zhì)的量之比為0.20∶0.25=4∶5，則鐵觸媒的化學(xué)式為Fe₄O₅或2FeO·Fe₂O₃。
考點：考查化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價，涉及配制一定體積溶液所用儀器、溶液B的主要成分、設(shè)計檢驗溶液B中是否含有氯氣的方案、干燥管C中堿石灰的作用、鐵觸媒化學(xué)師的測定和計算等。