Question

鐵氧體是一類磁性材料，通式為MO?xFe₂O₃（M為二價金屬離子）．
根據題意完成：
Ⅰ、為了制備鐵氧體，稱取5.6g鐵粉、一定量的FeCl₃（s） 作為原料，先制備Fe₃O₄．方法如下：用稀硫酸溶解鐵粉，加入FeCl₃（s），經過一系列反應得到純凈的Fe₃O₄[已知1molFe（OH）₂與2molFe（OH）₃混合灼燒可得到1mol Fe₃O₄]．需要加入FeCl₃（s）________ g．
Ⅱ、如果以MgSO₄（s）和FeCl₃（s）為原料制備9.0g MgO?2Fe₂O₃，在制取過程中至少需要1mol/L的NaOH（aq）________ mL．
Ⅲ、在一次制備Fe₃O₄的實驗中，由于反應物比例控制不當，獲得了另一種產品．取a克該產品溶于100mL鹽酸（足量）中，需要通入672mL（標準狀況）Cl₂才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，然后蒸干所得溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體．計算：
①ag該產品溶于鹽酸后，溶液中Fe²⁺的物質的量濃度（溶液體積變化忽略不計）．
②推算該產品的化學式（寫出推算過程）．
Ⅳ、有一種在電子工業廣泛應用的含鉻鐵氧體，其組成可表示為：Fe²⁺?Fe³⁺[Fe³⁺_（1-x）?Cr³⁺_x?O₄]．向含有1.92mol硝酸的某溶液中加入一定量的該種鐵氧體，恰好完全反應后，收集到NO、NO₂的混合氣體2.688L（標準狀況）．計算：（均需寫出計算過程）
①參加反應的鐵氧體的物質的量．
②所得氣體中NO、NO₂的體積比．

Answer 1

32.5    350
分析：Ⅰ、根據n=計算5.6g鐵粉的物質的量，鐵與硫酸反應生成硫酸亞鐵，Fe₃O₄可表示為FeO?Fe₂O₃，亞鐵來源于硫酸亞鐵，據此計算+3鐵的物質的量，再根據m=nM計算FeCl₃固體質量；
Ⅱ、根據n=計算9.0克MgO?2Fe₂O₃的物質的量，進而計算MgO、Fe₂O₃各自物質的量，根據工藝流程可知，MgO、Fe₂O₃來自氫氧化鎂、氫氧化鐵分解，由電荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺），再根據V=計算需要1mol/L的NaOH溶液體積；
Ⅲ、①依據氯氣和亞鐵離子反應生成鐵離子的離子方程式計算亞鐵離子物質的量，結合濃度概念計算；
②根據n=計算氯氣的物質的量，氯氣氧化Fe²⁺為Fe³⁺，根據電子轉移守恒計算Fe²⁺的物質的量．據此確定+2價鐵的物質的量．最后所得溶液為氯化鐵溶液，蒸干溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體為Fe₂O₃，根據n=計算Fe₂O₃的物質的量，利用鐵元素守恒計算+3價鐵的物質的量，據此確定該產品化學式；
Ⅳ、①依據亞鐵離子被硝酸氧化的反應結合化學式中離子關系和元素守恒分析計算；
②利用氧化還原知識來解，因為生成NO、NO₂的反應為二價鐵離子和硝酸的反應．
解答：Ⅰ、2.8g鐵粉的物質的量為=0.1mol，鐵與硫酸反應生成硫酸亞鐵，Fe₃O₄可表示為FeO?Fe₂O₃，亞鐵來源于硫酸亞鐵，故+2價鐵的物質的量為0.1mol，+3鐵的物質的量為0.1mol×2=0.2mol，故需要FeCl₃的物質的量為0.2mol，其質量為0.2mol×162.5g/mol=32.5g，
故答案為：32.5g；
Ⅱ、9.0克MgO?2Fe₂O₃的物質的量為=0.025mol，故氧化物中MgO的物質的量為0.025mol、Fe₂O₃的物質的量為0.025mol×2=0.05mol，根據工藝流程可知，MgO、Fe₂O₃來自氫氧化鎂、氫氧化鐵分解，由電荷守恒可知n（OH^-）=2n（Mg²⁺）+3n（Fe³⁺）=0.025mol×2+0.05mol×2×3=0.35mol，故需要1mol/L的NaOH溶液體積為=0.35L=350mL；
故答案為：350mL；
Ⅲ、①取a克該產品溶于100mL鹽酸（足量）中，需要通入672mL（標準狀況）Cl₂物質的量==0.03mol，才能把溶液中的Fe²⁺全部氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³++2Cl^-，計算得到亞鐵離子物質的量為0.06mol，亞鐵離子的濃度==0.6mol/L；
答：溶液中Fe²⁺的物質的量濃度0.6 mol/L；
②氯氣的物質的量為=0.03mol，氯氣氧化Fe²⁺為Fe³⁺，根據電子轉移守恒可知Fe²⁺的物質的量為=0.06mol，故氧化物中+2價鐵的物質的量為0.06mol，最后所得為氯化鐵溶液，蒸干溶液，灼燒至恒重，得9.6g固體為Fe₂O₃，Fe₂O₃的物質的量為=0.06mol，利用鐵元素守恒可知氧化物中+3價鐵的物質的量為0.06mol×2-0.06mol=0.06mol，故FeO與Fe₂O₃的物質的量之比為0.06mol：=2：1，該產品化學式為2FeO?Fe₂O₃，
答：該產品的化學式為：2FeO?Fe₂O₃；
Ⅳ、①根據題目的分子式，那其中的X只能取1，其他情況皆不符合，一個分子中不可能有半個鉻離子，然后就可以得到分子式了，為Fe²⁺Fe³⁺[Cr³⁺?O₄]，可以看出，分子式中的鐵元素數目為鉻元素數目的2倍．然后，根據溶液電荷守恒定律，有3n（Fe³⁺）+3n（Cr³⁺）=n（NO₃^-），根據氮元素守恒，硝酸的量減去溢出氣體的量=0.12mol；即為溶液中氮元素的量，也即1.92-0.12=1.8mol，是溶液中硝酸根離子的物質的量，那么根據電荷守恒式和n（Fe³⁺）=2（Cr³⁺），可以得到n（Cr³⁺）=0.2mol，一個鉻鐵氧體分子中分子中只有一個鉻原子，二者是一比一關系，那么消耗鉻鐵氧體的量就是0.2mol；
答：參加反應的鐵氧體的物質的量為0.2 mol；
②設生成NO為Xmol，NO₂為ymol，根據生成氣體總量，可知x+y=，然后根據反應式的對應關系，根據二價鐵（等于消耗鉻鐵氧體的量）的含量為3x+y=0.2，聯立方程解出得x=0.04 y=0.08，則x：y=1：2
答：所得氣體中NO、NO₂的體積比V（NO）：V（NO₂）=1：2；
點評：本題以鐵氧體磁性材料制備為載體，考查混合物的有關計算，難度中等，注意根據元素守恒與原子守恒解答，題目難度較大．