Question

6．绿矾（FeSO₄•7H₂O）、硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]是重要的化工试剂．工业上常利用机械加工行业产生的废铁屑（含有杂质FeS）为原料制备（如图）．
资料：（1）FeSO₄易被氧气氧化为Fe₂（SO₄）₃，影响硫酸亚铁铵的等级．
（2）H₂S有毒，水溶液（名称为氢硫酸）显弱酸性．

请回答下列问题：
（1）仪器①、②的名称锥形瓶、铁架台．
（2）图一中仪器①盛放的液体是稀硫酸，广口瓶的作用是暂时储存硫化氢气体，烧杯中CuSO₄溶液主要作用是吸收H₂S，反应为CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄，说明废铁屑中含有FeS杂质，试写出仪器①中产生H₂S气体的复分解反应的方程式FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，烧杯中溶液的pH将随着反应的进行不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）图二用于制备硫酸亚铁铵．在0～60℃时，硫酸亚铁铵的溶解度比硫酸铵、硫酸亚铁的小，冷却混合液至室温便析出硫酸亚铁铵．
实验步骤如下：
①制备FeSO₄溶液．先关闭止水夹A，再打开止水夹B和C，从分液漏斗滴入稀H₂SO₄至锥形瓶中，产生的气体依次经过NaOH溶液、饱和硫酸铵溶液．其中NaOH溶液中发生反应的化学方程式为2NaOH+H₂S=Na₂S+2H₂O，氢气的作用是①排尽整个装置中的空气，防止FeSO₄被氧化 ②将硫酸亚铁溶液压入饱和碳酸铵溶液．
②待锥形瓶中的铁屑快反应完时，关闭止水夹BC，打开止水夹A．
③放置一段时间，试剂瓶底部将结晶出硫酸亚铁铵晶体．
（4）对所制得的硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]样品进行加热分析，温度与TG%的关系如图三所示，已知，200℃以前只有结晶水失去．（FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O的相对分子质量：392）
已知：TG%=$\frac{剩余固体质量}{原样品质量}$×100%
TG%从100%降低为72.4%时，发生反应的化学方程式是FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄（NH₄）₂SO₄+6H₂O．
试计算AB段物质的化学式FeSO₄•（NH₄）₂SO₄（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）根据实验室常用仪器的名称和题中所指仪器的作用进行分析；
（2）根据制备硫酸亚铁铵，需要硫酸亚铁，和硫酸铵，左边的集气瓶中已经有了硫酸铵，需要利用中间的锥形瓶制备硫酸亚铁，需要通过分液漏斗滴加硫酸，稀硫酸和硫化亚铁生成硫酸亚铁和硫化氢，烧杯中的氢离子浓度不变进行分析；
（3）①根据实验操作和注意事项确定氢气和氢氧化钠的作用，氢氧化钠和硫化氢反应生成硫化钠和水进行分析；
②据制备硫酸亚铁铵，需要硫酸亚铁，和硫酸铵，左边的集气瓶中已经有了硫酸铵，需要利用中间的锥形瓶制备硫酸亚铁，需要通过分液漏斗滴加硫酸，结合装置中的反应原理分析关闭和打开活塞的顺序；
（4）根据题中的提示和图象的变化趋势进行分析．对硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]样品进行加热到100℃时，首先是固体表面的分子水蒸发得到硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]，这一步是物理变化，继续加热到100-200℃时，已知200℃以前只有结晶水失去，因此硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]中的结晶水开始脱去，这一步是化学变化．

解答 解：（1）通过分析题中所指仪器的作用可知，①是锥形瓶，②是铁架台；
（2）通过分析可知，图一中仪器①盛放的液体是稀硫酸，广口瓶的作用是暂时储存硫化氢，稀硫酸和硫化亚铁生成硫酸亚铁和硫化氢，化学方程式为：FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，烧杯中的氢离子浓度不变，所以烧杯中溶液的pH将随着反应的进行不变；
（3）①氢氧化钠和硫化氢反应生成硫化钠和水，化学方程式为：2NaOH+H₂S=Na₂S+2H₂O，氢气的作用是：①排尽整个装置中的空气，防止FeSO₄被氧化 ②将硫酸亚铁溶液压入饱和碳酸铵溶液；
②待锥形瓶中的铁屑快反应完时，关闭止水夹BC，打开止水夹A；
（4）通过分析可知，对硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]样品进行加热到100℃时，首先是固体表面的分子水蒸发得到硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]，这一步是物理变化，继续加热到100-200℃时，已知200℃以前只有结晶水失去，因此硫酸亚铁铵[FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O]中的结晶水开始脱去，这一步是化学变化．
所以TG%从100%降低为72.4%时，发生反应的化学方程式是：FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄（NH₄）₂SO₄+6H₂O；
假设硫酸亚铁铵晶体质量是392克，加热到200℃时，失去结晶水，剩下的硫酸亚铁铵质量为：392g×$\frac{284}{392}$=284g，固体质量分数减少为：$\frac{284g}{392g}$×100%=72.4%，所以AB段物质的化学式为：FeSO₄•（NH₄）₂SO₄．
故答案为：（1）锥形瓶，铁架台；
（2）稀硫酸，暂时储存硫化氢，FeS+H₂SO₄=FeSO₄+H₂S↑，不变；
（3）①2NaOH+H₂S=Na₂S+2H₂O，①排尽整个装置中的空气，防止FeSO₄被氧化 ②将硫酸亚铁溶液压入饱和碳酸铵溶液；
②BC，A；
（4）FeSO₄•（NH₄）₂SO₄•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄（NH₄）₂SO₄+6H₂O；
FeSO₄•（NH₄）₂SO₄．

点评 本题的难度比较大，阅读量多，在做这类题时，对题意要理解透，找出有用的物质，然后根据问题结合所学的知识进行解答．