Question

【題目】(NH4)2Fe(SO4)26H2O(M=392g/mol)又稱摩爾鹽，簡稱FAS，它是淺藍(lán)色綠色晶體，可溶于水，難溶于水乙醇。某小組利用工業(yè)廢鐵屑進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。請按要求回答下列問題：

Ⅰ. FAS的制取。流程如下：

(1)步驟①加熱的目的是_________________________。

(2)步驟②必須在剩余少量鐵屑時(shí)進(jìn)行過濾，其原因是(用離子方程式表示)： ______________。

Ⅱ.NH4+含量的測定。裝置如圖所示：

實(shí)驗(yàn)步驟：①稱取FAS樣品a g，加水溶解后，將溶液注入Y中

②量取b mL c1 mol/LH2SO4溶液于Z中

③向Y加入足量NaOH濃溶液，充分反應(yīng)后通入氣體N2，加熱(假設(shè)氨完全蒸出)，蒸氨結(jié)束后取下Z。

④用c2mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Z中過量的硫酸，滴定終點(diǎn)時(shí)消耗d mLNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(3)儀器X的名稱______________；N2的電子式為______________。

(4)步驟③蒸氨結(jié)束后，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，還需要對直形冷凝管進(jìn)行處理的操作是__________________；NH4+質(zhì)量百分含量為(用代數(shù)式表示)__________________。

Ⅲ. FAS純度的測定。稱取FAS m g樣品配制成500 mL待測溶液。分別取20.00mL待測溶液，進(jìn)行如下方案實(shí)驗(yàn)：

(5)方案一：用0.01000mol/L的酸性KMnO4溶液進(jìn)行滴定。滴定過程中需用到的儀器中(填圖中序號(hào))_________。滴定中反應(yīng)的離子方程式為____________________。

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧

(6)方案二： 待測液 固體n g ；則FAS的質(zhì)量百分含量為(用代數(shù)式表示)_____________________________。

(7)方案一、二實(shí)驗(yàn)操作均正確，卻發(fā)現(xiàn)方案一測定結(jié)果總是小于方案二的，其可能的原因是_______________；為驗(yàn)證該猜測正確，設(shè)計(jì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作為_________________，現(xiàn)象為______________。

Answer 1

【答案】加快并促進(jìn)Na2CO3水解，有利于除去油污 Fe+2Fe3+=3Fe2+ 分液漏斗 用少量蒸餾水沖洗冷凝管內(nèi)通道2~3次，將洗滌液注入到錐形瓶Z中 ×100% ①④⑤⑥ MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O ×100% 部分Fe2+被氧氣氧化 取少量待測溶液于試管中，加入少量KSCN溶液 溶液變紅色

【解析】

廢鐵屑用熱的Na2CO3溶液除去表面的油污后，加稀硫酸溶解，Fe與H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生硫酸亞鐵溶液，加硫酸銨晶體共同溶解，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮、冷卻晶體、過濾、洗滌、干燥得到莫爾鹽FAS，以此分析解答。

Ⅰ．(1)步驟①是用碳酸鈉溶液除去廢鐵屑表面的油污，該鹽是強(qiáng)堿弱酸鹽，水解使溶液顯堿性，由于鹽的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，加熱，可促進(jìn)鹽的水解，使溶液堿性增強(qiáng)，因而可加快油污的除去速率；

(2)亞鐵離子易被氧化，少量鐵還原氧化生成的Fe3+，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2Fe3+=3Fe2+；

(3)根據(jù)圖示可知：儀器X的名稱為分液漏斗；N原子最外層有5個(gè)電子，兩個(gè)N原子之間共用3對電子形成N2，使每個(gè)N原子都達(dá)到最外層8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故N2的電子式為；

(4)蒸出的氨氣中含有水蒸氣，使少量的氨水殘留在冷凝管中，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，用少量蒸餾水沖洗冷凝管內(nèi)通道2~3次，將洗滌液注入到錐形瓶Z中；

根據(jù)反應(yīng)方程式2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O，可得物質(zhì)之間的物質(zhì)的量關(guān)系為：n(NH3)+n(NaOH)=2n(H2SO4)，n(H2SO4)= b×10-3L×c1 mol/L=bc1×10-3mol，

n(NaOH)=c2mol/L×d×10-3L=c2d×10-3mol，所以n(NH3)=2n(H2SO4)-n(NaOH)=2bc1×10-3mol- c2d×10-3mol=(2bc1-dc2)×10-3mol；根據(jù)N元素守恒可知該摩爾鹽中含有的NH4+的物質(zhì)的量為n(NH4+)=(2bc1-dc2)×10-3mol，故NH4+質(zhì)量百分含量為×100%；

(5)用0.01000mol/L的酸性溶液滴定溶液中的Fe2+離子，酸性溶液盛裝在酸式滴定管中，盛裝待測液需要使用④錐形瓶，滴定管需要固定，用到⑤鐵架臺(tái)及⑥鐵夾。故滴定過程中需用到的儀器是①④⑤⑥；KMnO4將Fe2+氧化為Fe3+，KMnO4被還原為Mn2+，同時(shí)產(chǎn)生了水，根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒，可得滴定中反應(yīng)的離子方程式為MnO4-+5Fe2++8H+=5Fe3++Mn2++4H2O；

(6)根據(jù)元素守恒可得：(NH4)2Fe(SO4)26H2O～2SO42-～2BaSO4，

n(BaSO4)=mol，則n[(NH4)2Fe(SO4)26H2O]=n(BaSO4)=×mol=mol，則500mL溶液中含有的(NH4)2Fe(SO4)26H2O的物質(zhì)的量為mol×，則mg樣品中FAS的質(zhì)量百分含量為×100%=；

(7)已知實(shí)驗(yàn)操作都正確，卻發(fā)現(xiàn)甲方案的測定結(jié)果總是小于乙方案，其可能的原因是Fe2+被空氣中的氧氣部分氧化，設(shè)計(jì)簡單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述推測的實(shí)驗(yàn)過程為：取少量FAS溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液變?yōu)榧t色，說明Fe2+已被空氣部分氧化。