Question

【題目】聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型的飲用水處理劑和城市污水凈化劑，其化學組成可表示為[Fex（OH）y（SO4）z]m ． 某中學化學興趣小組以聚合硫酸鐵的生產流程和相關性質進行了一系列的探究． Ⅰ．聚合硫酸鐵的工業生產．
如圖是以回收廢鐵屑為原料制備PFS的一種工藝流程．

回答下列問題
（1）廢鐵屑主要為表面附有大量鐵銹的鐵，鐵銹的主要成分為 ． “過篩”與化學實驗中的原理相似（填操作名稱）．
（2）酸浸時最合適的酸是 ， 寫出鐵銹與該酸反應的化學反應方程式 ．
（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉化為Fe3+ ． 你認為下列氧化劑中最合適的是（填標號），原因是 ． A．KMnO4B．Cl2C．H2O2D．HNO3
（4）相對于常壓蒸發，減壓蒸發的優點是 ．
A.有利于水分蒸發
B.降低沸點，防止晶體分解
C.降低生產成本
（5）Ⅱ．聚合硫酸鐵的成分探究． 該研究小組為確定聚合硫酸鐵的化學式，進行了如下實驗：
①稱取5.52g聚合硫酸鐵樣品溶于足量的稀鹽酸中并充分混合；
②向①所得的混合物中加入足量的BaCl2溶液，充分反應后，經過濾、洗滌、干燥、稱重，得沉淀4.66g．
③若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體3.20g．
則聚合硫酸鐵[Fex（OH）y（SO4）z]m樣品中的x：y：z的值為 ．
試寫出該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式 ．
（6）Ⅲ．聚合硫酸鐵的熱分解氣體產物成分探究． 該小組將5.52g聚合硫酸鐵在一定條件下加熱完全分解，對所得氣體產物進行實驗探究．（已知SO3的熔點為16.8℃）．
【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO3；
假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；
假設3：所得氣體的成分是 ．
（7）【設計實驗】 按下圖裝置進行實驗．

實驗過程中發現：B中無水硫酸銅變藍，C中U形管內有無色晶體析出，D中品紅溶液褪色，裝置E的作用是 ．
【實驗結論】
通過實驗現象判斷，假設成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，則質量為 ．

Answer 1

【答案】
（1）氧化鐵；過濾
（2）稀硫酸；Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O
（3）C；不引入其他雜質
（4）AB
（5）2：4：1；3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O
（6）SO3、SO2、O2
（7）吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣；3；3.2
【解析】解：Ⅰ．（1）鐵銹的主要成分是氧化鐵，“過篩”與化學實驗中的過濾原理相似． 故填：氧化鐵；過濾．（2）酸浸時最合適的酸是稀硫酸，這樣可以防止帶入新的雜質；
鐵銹中的氧化鐵與稀硫酸反應生成硫酸鐵和水，反應的化學反應方程式為：Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O．
故填：稀硫酸；Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O．（3）反應釜中加入氧化劑的作用是將Fe2+轉化為Fe3+ ， 下列氧化劑中最合適的是H2O2 ， 這是因為利用過氧化氫做氧化劑不會帶入新的雜質．
故選：C．（4）相對于常壓蒸發，減壓蒸發有利于水分蒸發，能夠降低沸點，防止晶體分解．
故選：AB．Ⅱ．設硫酸根離子質量為x，

Ba2++	SO42﹣=	BaSO4 ，
	96	233
	x	4.66g

= ，
x=1.92g，
若向步驟②的濾液中加入過量的NaOH溶液，充分反應后得到氫氧化鐵沉淀，再將沉淀過濾、洗滌、灼燒得到氧化鐵、稱重，得固體3.20g，說明氧化鐵質量是3.20g，則鐵離子質量為：3.20g ×100%=2.24g，
則聚合硫酸鐵中氫氧根離子質量為：5.52g﹣1.92g﹣2.24g=1.36g，
x：y：z= ： ： =2：4：1．
故填：2：4：1．
該聚合硫酸鐵與鹽酸的反應方程式為：3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O．
故填：3[Fe2（OH）4SO4]m+12mHCl=mFe2（SO4）3+4mFeCl3+12mH2O．Ⅲ．【提出假設】
假設1：所得氣體的成分是SO3；
假設2：所得氣體的成分是SO2、O2；
假設3：所得氣體的成分是 SO3、SO2、O2 ．
故填：SO3、SO2、O2 ．
【設計實驗】裝置E的作用是吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
故填：吸收多余的二氧化硫，防止污染空氣．
B中無水硫酸銅變藍說明生成水，C中U形管內有無色晶體析出是在冰水結晶的，根據信息“已知SO3的熔點為16.8℃”，可知晶體為三氧化硫，D中品紅溶液褪色，說明生成二氧化硫，所以應該是假設3成立．
如果最終試管中固體為一種紅棕色純凈物，根據顏色以及質量守恒定律可得固體為氧化鐵．
設生成的氧化鐵的質量為x（這個化學方程式配平可以用待定系數法，最好是借助化合價升降法）

4Fe2（OH）4SO4	4Fe2O3+2SO2↑+2SO3↑+O2↑+8H2O
1104	640
5.52g	x

=
x=3.2g
故填：3；3.2g
【考點精析】本題主要考查了鐵銹的主要成分和書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式的相關知識點，需要掌握鐵生銹的條件是：鐵與O2、水接觸（鐵銹的主要成分：Fe2O3XH2O）；注意：a、配平 b、條件 c、箭號才能正確解答此題．