Question

聚合硫酸铁(简称PFS，化学式为[Fe(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m )是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理，现用一定质量的铁的氧化物(如下图)为原料来制取聚合硫酸铁。实验步骤如下：

(1)实验室用18.4mol/L的浓硫酸配制250mL4.8mol/L的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和量筒外，还需的玻璃仪器__________。定容操作中若俯视容量瓶刻度线，所配硫酸溶液浓度将___________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)

(2)步骤Ⅱ取样分析溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺的含量，目的是_______。

A．确定下一步还原所需铁的量                B．控制溶液中Fe²⁺与Fe³⁺含量比

C．确定氧化Fe²⁺所需ClO₂的量              D．确保铁的氧化物酸溶完全

(3)写出步骤Ⅳ中用ClO₂氧化Fe²⁺时的离子方程式：____________________。（还原产物为Cl^-）

(4)为了分析产品聚合硫酸铁溶液中SO₄2-与Fe³⁺物质的量之比，有人设计了以下操作：

(I)取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量的BaCl₂溶液，产生白色沉淀，白色沉淀经过过滤，洗涤、干燥后，称重，其质量为mg。

(II)另取25mL聚合硫酸铁溶液，加入足量铜粉，充分反应后过滤、洗涤，将滤液和洗液合并配成250mL溶液，取该溶液25.00mL与0.1000 mol/L V mL KMnO₄酸性溶液恰好完全反应，MnO₄^-被还原为Mn²⁺。

回答下列问题：

① 根据(II)步骤中判断Cu²⁺、Fe²⁺、MnO₄^-、Fe³⁺氧化性由强到弱的顺序：__________。

② 聚合硫酸铁中SO₄^2-与Fe³⁺的物质的量之比为____________(用含m、V的代数式表示)。

Answer

(1)250mL容量瓶、胶头滴管；偏高(2)AC

(3)5Fe2++ClO2+4H+＝5Fe3++Cl-+2H2O

(4)①MnO4-＞Fe3+>Cu2+>Fe2+②(m/233)：(V/200)

【解析】

试题分析：（1）实验室用18.4mol•L-1的浓硫酸配制250mL4.8mol•L-1的硫酸溶液，用量筒量取浓硫酸，在烧杯中溶解，并用玻璃棒搅拌，移入250mL容量瓶，最后需要用胶头滴管定容；定容操作中若俯视容量瓶刻度线，则容量瓶中溶液体积偏少，因此所配硫酸溶液浓度将偏高；

（2）由于控制水解时Fe3+的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe3+必须先还原为Fe2+，所以确定下一步还原所需铁的量，然后Fe2+再被氧化Fe3+，需要确定氧化Fe2+所需ClO2的量，答案选AC。

（3）酸性条件下，ClO2将Fe2+氧化为Fe3+，ClO2被还原为Cl-，反应离子方程式为5Fe2++ClO2+4H+＝5Fe3++Cl-+2H2O：

（4）①发生反应：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，5Fe2++MnO4-+8H+＝5Fe3++Mn2++4H2O，氧化剂氧化性强于氧化产物氧化性，氧化性由强到弱的顺序为MnO4-＞Fe3+>Cu2+>Fe2+；

②mg白色沉淀为BaSO4，由硫酸根守恒n（SO42-）＝n（BaSO4）＝m/233＝mol，由原子守恒与电电子转移守恒可得关系式：5Fe3+～5Fe2+～MnO4-，则n（Fe3+）＝5n（MnO4-）＝5×V×10-3L×0.1mol/L×250mL/25mL，n（SO42-）：n（Fe3+）＝m/233mol：5×V×10-3L×0.1mol/L×250mL/25mL＝(m/233)：(V/200)。

【考点定位】本题以聚合硫酸铁的制备为载体，考查溶液配制、氧化还原反应配平、氧化性强弱比较、化学工艺流程等

【名师点晴】无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力,所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。