Question

20．浅绿色的硫酸亚铁铵晶体[又名莫尔盐，（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]比绿矾（FeSO₄•7H₂O）更稳定，常用于定量分析．莫尔盐的一种实验室制法如下：废铁屑$\stackrel{清洗}{→}$$→_{过滤}^{稀硫酸}$溶液A$→_{适量水}^{（NH_{4}）_{2}SO_{4}晶体}$ $\stackrel{操作Ⅰ}{→}$ $\stackrel{乙醇淋洗}{→}$莫尔盐
（1）向废铁屑中加入稀硫酸后，不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤，其目的是防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺．
（2）浓度均为0.10mol•L^-1的莫尔盐溶液和FeSO₄溶液，c（Fe²⁺）前者大于后者．（填“大于”、“小于”或“等于”或“无法判断”）
（3）0.10mol•L^-1莫尔盐溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（4）从下列装置中选取必要的装置制取（NH₄）₂SO₄溶液，连接的顺序（用接口序号字母表示）是：a接d；e接f．

（5）常温下，若0.10mol•L^-1（NH₄）₂SO₄溶液的pH=5，求算NH₃•H₂O的电离平衡常数K_b≈2×10^-5．

Answer 1

分析 （1）Fe²⁺离子不稳定，易被氧气氧化为Fe³⁺离子，加入铁粉可防止Fe²⁺离子被氧化为Fe³⁺离子；
（2）莫尔盐中的Fe²⁺离子易水解，趋使溶液显酸性，抑制NH₄⁺水解；
（3）根据Fe²⁺水解，NH₄⁺水解以及物质的化学式来解答；
（4）制取的氨气与硫酸反应生成（NH₄）₂SO₄，剩余的氨气用水吸收，氨气极易溶于水，容易发生倒吸；
（5）根据Kw计算溶液中c（OH^-），根据电荷守恒计算溶液中c（NH₄⁺），根据物料守恒计算溶液中c（NH₃•H₂O），溶液中存在平衡：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，代入平衡常数表达式计算，氨水中存在下列的电离平衡：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，结合水的电离平衡来解答．

解答 解：（1）Fe²⁺离子不稳定，易被氧气氧化为Fe³⁺离子，剩余少量铁粉防止Fe²⁺离子被氧化为Fe³⁺离子；
故答案为：防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；
（2）莫尔盐中的Fe²⁺离子易水解，趋使溶液显酸性，抑制NH₄⁺水解，故c（NH₄⁺）前者大于后者，
故答案为：莫尔盐中的Fe²⁺离子易水解，趋使溶液显酸性，抑制NH₄⁺水解，故c（NH₄⁺）前者大于后者；
（3）Fe²⁺水解，NH₄⁺水解，溶液呈酸性，两者的浓度降低，溶液中离子浓度由大到小的顺序为：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；  
故答案为：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（4）氨气极易溶于水，容易发生倒吸，将氨气通入C中氨气与硫酸反应生成硫酸铵，注意应长进短出防止倒吸，过量的氨气用D装置吸收，故连接顺序为a→d→e→f；
故答案为：d、e、f；
（5）常温下，若0.10 mol•L^-1（NH₄）₂SO₄溶液的pH=5，溶液中c（H⁺）=10^-5mol•L^-1，故溶液中c（OH^-）=10^-9mol•L^-1，根据电荷守恒有：c（NH₄⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+2c（SO₄^2-），即c（NH₄⁺）+10^-5mol•L^-1=10^-9mol•L^-1+0.20 mol•L^-1，则c（NH₄⁺）=（0.20+10^-9-10^-5）mol•L^-1，根据物料守恒计算溶液中c（NH₃•H₂O）=0.20mol•L^-1-（0.20+10^-9-10^-5）mol•L^-1=（10^-5-10^-9）mol•L^-1，故NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺的平衡常数的表达式为$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-5×}（1{0}^{-5}-1{0}^{-9}）^{\;}}{0.20+1{0}^{-9}-1{0}^{-5}}$=5×10^-10，氨水中存在下列的电离平衡：NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，电离平衡常数为K，水的电离平衡可知：
5×10^-10×K=1×10^-14，所以K=2×10^-5；
故答案为：2×10^-5．

点评 本题考查了盐类水解、电解质溶液中电荷守恒、物料守恒的分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．