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硫酸亚铁铵是一种浅蓝绿色晶体,俗称摩尔盐,其化学式为FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O.硫酸亚铁在空气中易被氧化,而形成摩尔盐后就稳定了.硫酸亚铁铵可由硫酸亚铁与硫酸铵等物质的量混合制得.三种盐的溶解度(单位为g/100 g水)如下表:
下图是模拟工业制备硫酸亚铁铵晶体的实验装置.
回答下列问题:
Ⅰ.(1)先用30%的氢氧化钠溶液煮沸废铁屑(含少量油污、铁锈、FeS等),再用清水洗净.用氢氧化钠溶液煮沸的目的是________________.
(2)将处理好的铁屑放人锥形瓶中,加人稀硫酸.锥形瓶中发生反应的离子方程式可能为________________ (填序号).
A.Fe+2H+=Fe2++H2↑
B.Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
C.2Fe3++S2-=2Fe2++S↓
D.2Fe3++Fe=3Fe2+
(3)利用容器②的反应,向容器①中通入氢气,应关闭活塞________,打开活塞________(填字母).容器③中NaOH溶液的作用是________________;向容器①中通入氢气的目的是________________.
Ⅱ.待锥形瓶中的铁屑快反应完时,关闭活塞B、C,打开活塞A,继续产生的氢气会将锥形瓶中的硫酸亚铁(含极少部分未反应的稀硫酸)压到饱和硫酸铵溶液的底部.在常温下放置一段时间,试剂瓶底部将结晶出硫酸亚铁铵.
硫酸亚铁与硫酸铵溶液混合就能得到硫酸亚铁铵晶体,其原因是_____________;从容器①中分离并得到纯净硫酸亚铁铵晶体的操作方法是________、________、________________.
Ⅲ.制得的硫酸亚铁铵晶体中往往含有极少量的Fe3+.为测定晶体中Fe2+的含量,称取一份质量为20.0 g的硫酸亚铁铵晶体样品,制成溶液.用0.5 mol·L-1 KMnO4溶液滴定,当溶液中Fe2+全部被氧化,MnO4-被还原成Mn2+时,耗KMnO4溶液体积20.00 mL.
滴定时,将KMnO4溶液装在________(酸式或碱式)滴定管中,判断反应到达滴定终点的现象为________________;晶体中FeSO4的质量分数为________.
| 温度/℃ 溶解度/g 盐 |
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| (NH4)2SO4 | 70.6 | 73.0 | 75.4 | 78.0 | 81.0 | - | 88.0 |
| FeSO4?7H2O | 15.7 | 20.5 | 26.5 | 32.9 | 40.2 | 48.6 | - |
| (NH4)SO4FeSO4?6H2O | 12.5 | 17.2 | 21.6 | 28.1 | 33.0 | 40.0 | - |
【实验原理】
【实验用品】
10%Na2CO3溶液、Fe屑、3mol/LH2SO4、(NH4)2SO4固体、蒸馏水、无水乙醇.锥形瓶、蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、烧杯、铁架台、漏斗、托盘天平、量筒、滤纸.
【实验步骤】
(1)Fe屑的处理和称量
称取3g铁屑,放入锥形瓶,用l0%Na2CO3溶液,除去Fe屑表面的油污,将剩余的碱液倒掉,用蒸馏水把Fe冲洗干净,干燥后称其质量m1g.
(2)FeSO4的制备
将称量好的Fe屑放人锥形瓶中,加入l5mL 3mol/LH2SO4,加热10min后(有氢气生成,用明火加热注意安全).
①a处的操作是
②制取FeSO4时,加入的Fe为什么要过量?(用离子方程式表示)
(3)(NH4)2SO4?FeSO4?6H2O的制备
根据FeSO4的物质的量,计算并称取(NH4)2SO4固体,并将其加入上面实验的蒸发皿中,缓缓加热,浓缩至表面出现结晶薄膜为止.
①b处的操作是
(4)产品检验
微量Fe3+的分析.称0.5g产品置于25mL比色管中,加水溶解后加1mL 25%的KSCN溶液,继续加水至25mL刻度,摇匀,与教师所给标准对比,评价产品质量.写出该过程所发生反应的离子方程式:
【实验记录】
| 起始铁的质量m1/g | 反应后铁的质量m2/g | 莫尔盐的质量 | 产率 | |
| 理论产量/g | 实际产量m3/g | |||
| 5.0 | 2.2 | c | 14.7 | d |