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：
（1）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。
（2）如果以MgSO₄(s)和FeCl₃(s)為原料制備9.0 g MgO· 2Fe₂O₃，在制取過程中至少需要1 mol/L的NaOH(aq)
                 mL。
（3）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672 mL（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9.6 g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）。
（4）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1.92 mol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2.688 L（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

（1）32.5 g（3分）
（2）350mL（2分，1分）
（3）①0.6 mol/L（1分×2）  ②2FeO · Fe₂O₃（1分×3）
（4）①0.2 mol（1分×2）   ②V(NO):V(NO₂)=1:2（1分×3）

試題分析：（1）按題中所給，1molFe（OH）₂與2molFe（OH）₃混合灼燒可得到1mol Fe₃O₄其中，Fe（OH）₂來自鐵粉，Fe（OH）₃來自FeCl₃。為達到1：2的關系，需要氯化鐵0.2mol，質量 32.5g。
（2） 9.0g的MgO 2Fe₂O₃ 共0.025mol，其中有0.025molMg²⁺、0.1molFe³⁺，需要NaOH 0.35mol ，即題中溶液350ml；
（3）①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，溶液中Fe²⁺ 的物質的量濃度0.6 mol/L；②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，故答案為：2FeO?Fe₂O₃；（4）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，拿硝酸的量減去溢出氣體的量2.688/22.4即為溶液中氮元素的量，也即1.92-0.12=1.8mol，為溶液中硝酸跟的濃度，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，他倆是一比一關系，那么消耗鉻鐵氧體的量就是0.2mol。
②這題的可以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，分別寫出兩個反應的離子反應方程式，然后設生成NO為Xmol，NO₂為ymol，根據生成氣體總量，可知x+y=2.688/22.4=0.12，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，V(NO):V(NO₂)=1:2。