Question

19．硫酸亞鐵容易被氧化，而硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]較穩(wěn)定，常用于代替硫酸亞鐵作還原劑．現(xiàn)以鐵屑為主要原料制備硫酸亞鐵銨晶體，其反應(yīng)如下：Fe+H₂SO₄（稀）═FeSO₄+H₂↑
FeSO₄+（NH₄）₂SO₄+6H₂O═（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O
步驟l：在盛有適量鐵屑的錐形瓶里加入某種試劑除去油污，加熱，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥、稱量，鐵屑質(zhì)量為m₁．
步驟2：將處理過的鐵屑加入到一定量的稀H₂SO₄中，加熱至50℃-80℃充分反應(yīng)，趁熱過濾并用少量熱水洗滌，濾液及洗滌液都轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中．濾渣干燥后稱重，剩余鐵屑質(zhì)量為m₂
步驟3：準(zhǔn)確稱取所需質(zhì)量的硫酸銨晶體加入“步驟2”的蒸發(fā)皿中，攪拌使之溶解，緩緩加熱一段時間，將其冷卻結(jié)晶、過濾．用無水乙醇洗滌晶體并自然干燥，稱量所得晶體質(zhì)量為m₃．
回答下列問題：
（1）能夠用于除去鐵屑表面油污的試劑是AB（填字母）．
A．純堿溶液  B．燒堿溶液    C．明礬溶液  D．稀硫酸
（2）步驟2中趁熱過濾的目的是避免FeSO₄因結(jié)晶而造成損失．
（3）硫酸亞鐵在潮濕的空氣中易被氧化生成一種物質(zhì)（堿式硫酸鐵），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄．
（4）鐵屑表面常有少量的鐵銹（Fe₂O₃•nH₂O），對FeSO₄的制備無（填“有”、“無”）影響，理由是（用離子方程式回答）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（5）若忽略鐵銹的影響，上述實驗中硫酸亞鐵銨晶體的產(chǎn)率為$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%．
（6）請設(shè)計一個簡單的實驗，檢驗硫酸亞鐵銨晶體中含有結(jié)晶水（簡述實驗操作、現(xiàn)象和結(jié)論）取硫酸亞鐵銨晶體于試管中，用酒精燈加熱試管，觀察現(xiàn)象在試管口有液體水生成，說明硫酸亞鐵銨晶體中含有結(jié)晶水．

Answer 1

分析 （1）油污的主要成分為油脂，在堿性條件下易發(fā)生水解，水解后變成易溶于水的高級脂肪酸鈉和丙三醇，根據(jù)碳酸鈉溶液呈弱堿性，可以洗滌油污，鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣進行分析；
（2）溫度降低，物質(zhì)的溶解度降低，溫度過低析出晶體多；步驟2中趁熱過濾的目的是避免FeSO₄因結(jié)晶而造成損失；
（3）+2鐵離子易被空氣中的氧氣反應(yīng)生成+3價的鐵，硫酸亞鐵被氧化成堿式硫酸鐵，根據(jù)得失電子守恒書寫方程式；
（4）鐵銹（Fe₂O₃•nH₂O），與酸反應(yīng)生成可溶性的鐵離子，鐵離子和鐵反應(yīng)生成亞鐵離子；
（5）根據(jù)反應(yīng)消耗的鐵的質(zhì)量計算出硫酸亞鐵的質(zhì)量，根據(jù)關(guān)系式Fe～FeSO₄～（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O計算出理論（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O質(zhì)量，據(jù)此計算硫酸亞鐵銨晶體的產(chǎn)率；
（6）結(jié)晶水合物受熱易分解生成水，取硫酸亞鐵銨晶體于試管中，用酒精燈加熱試管，觀察是否有水生成．

解答 解：（1）A．Na₂CO₃溶液中存在水解離子反應(yīng)為CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈堿性，油污在堿性條件下發(fā)生水解，所以能夠用于除去鐵屑表面油污，故A正確；
B．燒堿溶液呈堿性，油污在堿性條件下發(fā)生水解，水解后變成易溶于水的高級脂肪酸鈉和丙三醇，所以能夠用于除去鐵屑表面油污，故B正確；
C．明礬溶液，鋁離子水解呈弱酸性，常溫下油污幾乎不水解，不能夠用于除去鐵屑表面油污，故C錯誤；
D．鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，化學(xué)方程式是：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，稀硫酸不能夠用于除去鐵屑表面油污，故D錯誤；
故答案為：AB；
（2）一般固體溶解度隨著溫度的升高而升高，步驟2中趁熱過濾防止溫度降低，物質(zhì)的溶解度降低，析出晶體多，
故答案為：避免FeSO₄因結(jié)晶而造成損失；
（3）+2鐵離子易被空氣中的氧氣反應(yīng)生成+3價的鐵，硫酸亞鐵在潮濕的空氣中易被氧化，1mol氧氣得4mol電子，4mol亞鐵離子失去4mol電子，所以反應(yīng)為：4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄，
故答案為：4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄；
（4）鐵屑表面常有少量的鐵銹（Fe₂O₃•nH₂O），鐵銹和酸反應(yīng)生成可溶性的鐵離子反應(yīng)為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，鐵離子被鐵單質(zhì)還原成亞鐵離子Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以對FeSO₄的制備無影響，
故答案為：無；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（5）步驟l：鐵屑質(zhì)量為m₁．步驟2：用酸處理，剩余鐵屑質(zhì)量為m₂，溶解的鐵質(zhì)量為：m₁-m₂，其物質(zhì)的量為：$\frac{m_{1}-m_{2}}{56}$ mol，根據(jù)鐵原子守恒：Fe～FeSO₄～（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O，生成的（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O質(zhì)量為：$\frac{m_{1}-m_{2}}{56}$ mol×392g/mol，硫酸亞鐵銨晶體的產(chǎn)率為：$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%，
故答案為：$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%；
（6）檢驗硫酸亞鐵銨晶體中是否含有結(jié)晶水：取一試管，用藥匙加入2克硫酸亞鐵銨晶體，點燃酒精燈加熱試管，觀察現(xiàn)象在試管口有液體水生成，說明硫酸亞鐵銨晶體中含有結(jié)晶水，
故答案為：取硫酸亞鐵銨晶體于試管中，用酒精燈加熱試管，觀察現(xiàn)象在試管口有液體水生成，說明硫酸亞鐵銨晶體中含有結(jié)晶水．

點評 本題通過硫酸亞鐵銨晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]制備考查了實驗步驟的分析判斷，物質(zhì)制備的實驗設(shè)計方法，性質(zhì)驗證，產(chǎn)率的計算，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計、操作能力、計算能力，題目難度中等．