Question

19．硫酸亚铁容易被氧化，而硫酸亚铁铵晶体[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]较稳定，常用于代替硫酸亚铁作还原剂．现以铁屑为主要原料制备硫酸亚铁铵晶体，其反应如下：Fe+H₂SO₄（稀）═FeSO₄+H₂↑
FeSO₄+（NH₄）₂SO₄+6H₂O═（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O
步骤l：在盛有适量铁屑的锥形瓶里加入某种试剂除去油污，加热，充分反应后过滤、洗涤、干燥、称量，铁屑质量为m₁．
步骤2：将处理过的铁屑加入到一定量的稀H₂SO₄中，加热至50℃-80℃充分反应，趁热过滤并用少量热水洗涤，滤液及洗涤液都转移至蒸发皿中．滤渣干燥后称重，剩余铁屑质量为m₂
步骤3：准确称取所需质量的硫酸铵晶体加入“步骤2”的蒸发皿中，搅拌使之溶解，缓缓加热一段时间，将其冷却结晶、过滤．用无水乙醇洗涤晶体并自然干燥，称量所得晶体质量为m₃．
回答下列问题：
（1）能够用于除去铁屑表面油污的试剂是AB（填字母）．
A．纯碱溶液  B．烧碱溶液    C．明矾溶液  D．稀硫酸
（2）步骤2中趁热过滤的目的是避免FeSO₄因结晶而造成损失．
（3）硫酸亚铁在潮湿的空气中易被氧化生成一种物质（碱式硫酸铁），该反应的化学方程式为4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄．
（4）铁屑表面常有少量的铁锈（Fe₂O₃•nH₂O），对FeSO₄的制备无（填“有”、“无”）影响，理由是（用离子方程式回答）Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（5）若忽略铁锈的影响，上述实验中硫酸亚铁铵晶体的产率为$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%．
（6）请设计一个简单的实验，检验硫酸亚铁铵晶体中含有结晶水（简述实验操作、现象和结论）取硫酸亚铁铵晶体于试管中，用酒精灯加热试管，观察现象在试管口有液体水生成，说明硫酸亚铁铵晶体中含有结晶水．

Answer 1

分析 （1）油污的主要成分为油脂，在碱性条件下易发生水解，水解后变成易溶于水的高级脂肪酸钠和丙三醇，根据碳酸钠溶液呈弱碱性，可以洗涤油污，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气进行分析；
（2）温度降低，物质的溶解度降低，温度过低析出晶体多；步骤2中趁热过滤的目的是避免FeSO₄因结晶而造成损失；
（3）+2铁离子易被空气中的氧气反应生成+3价的铁，硫酸亚铁被氧化成碱式硫酸铁，根据得失电子守恒书写方程式；
（4）铁锈（Fe₂O₃•nH₂O），与酸反应生成可溶性的铁离子，铁离子和铁反应生成亚铁离子；
（5）根据反应消耗的铁的质量计算出硫酸亚铁的质量，根据关系式Fe～FeSO₄～（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O计算出理论（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O质量，据此计算硫酸亚铁铵晶体的产率；
（6）结晶水合物受热易分解生成水，取硫酸亚铁铵晶体于试管中，用酒精灯加热试管，观察是否有水生成．

解答 解：（1）A．Na₂CO₃溶液中存在水解离子反应为CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈碱性，油污在碱性条件下发生水解，所以能够用于除去铁屑表面油污，故A正确；
B．烧碱溶液呈碱性，油污在碱性条件下发生水解，水解后变成易溶于水的高级脂肪酸钠和丙三醇，所以能够用于除去铁屑表面油污，故B正确；
C．明矾溶液，铝离子水解呈弱酸性，常温下油污几乎不水解，不能够用于除去铁屑表面油污，故C错误；
D．铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，化学方程式是：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，稀硫酸不能够用于除去铁屑表面油污，故D错误；
故答案为：AB；
（2）一般固体溶解度随着温度的升高而升高，步骤2中趁热过滤防止温度降低，物质的溶解度降低，析出晶体多，
故答案为：避免FeSO₄因结晶而造成损失；
（3）+2铁离子易被空气中的氧气反应生成+3价的铁，硫酸亚铁在潮湿的空气中易被氧化，1mol氧气得4mol电子，4mol亚铁离子失去4mol电子，所以反应为：4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄，
故答案为：4FeSO₄+O₂+2H₂O=4Fe（OH）SO₄；
（4）铁屑表面常有少量的铁锈（Fe₂O₃•nH₂O），铁锈和酸反应生成可溶性的铁离子反应为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，铁离子被铁单质还原成亚铁离子Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以对FeSO₄的制备无影响，
故答案为：无；Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（5）步骤l：铁屑质量为m₁．步骤2：用酸处理，剩余铁屑质量为m₂，溶解的铁质量为：m₁-m₂，其物质的量为：$\frac{m_{1}-m_{2}}{56}$ mol，根据铁原子守恒：Fe～FeSO₄～（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O，生成的（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O质量为：$\frac{m_{1}-m_{2}}{56}$ mol×392g/mol，硫酸亚铁铵晶体的产率为：$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%，
故答案为：$\frac{56{m}_{3}}{392（{m}_{1}-{m}_{2}）}$×100%；
（6）检验硫酸亚铁铵晶体中是否含有结晶水：取一试管，用药匙加入2克硫酸亚铁铵晶体，点燃酒精灯加热试管，观察现象在试管口有液体水生成，说明硫酸亚铁铵晶体中含有结晶水，
故答案为：取硫酸亚铁铵晶体于试管中，用酒精灯加热试管，观察现象在试管口有液体水生成，说明硫酸亚铁铵晶体中含有结晶水．

点评 本题通过硫酸亚铁铵晶体[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]制备考查了实验步骤的分析判断，物质制备的实验设计方法，性质验证，产率的计算，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力、计算能力，题目难度中等．