Question

4．绿矾（FeSO₄•7H₂O）在生活生产和科学研究上都有着广泛的应用．某研发小组在实验室利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁）等物质通过下列流程制备绿矾：

（1）实验过程中，搅拌、过滤都要用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒．

（2）加入少量FeCO₃的目的是为了调节溶液的pH，而使溶液中的某些金属阳离子转换成为相应的氢氧化物沉淀．
①溶液中有关金属离子转化为相应氢氧化物沉淀时，其浓度与溶液pH的关系如右图所示，则加入FeCO₃调节溶液的pH时，溶液的pH应调节为5.0～5.8（填范围）．过滤I所得滤渣的主要成分是Al（OH）₃（填化学式）
②检验过滤I得到的滤液中是否含有CO₃^2-离子的实验方法和结论是取少量滤液于试管中，滴加稀HCl，若有无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体产生，则证明滤液中含有CO₃^2-，若无明显现象，则滤液中不含CO₃^2-．
（3）绿矾在制备过程中易被部分氧化为硫酸铁．现取7.32g绿矾固体样品完全溶于稀盐酸后，加入足量的BaCl₂溶液，充分反应、过滤得滤液和9.32g沉淀；在向滤液中通入112mL（标准状况）氯气恰好将其中的Fe²⁺全部氧化．
①7.32g该绿矾固体中，含FeSO₄为0.01mol．
②试计算确定该绿矾固体的化学式．（写出计算过程）③根据所学知识，请给出制备绿矾过程中减少其中的FeSO₄被氧化的措施加入过量铁屑，隔离空气．

Answer 1

分析 废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁）等物质在稀硫酸中溶解得到溶液中含有硫酸亚铁、硫酸铁和硫酸铝，加入废铁屑过量的目的是利用铁还原溶液中的硫酸铁为硫酸亚铁，加入FeCO₃搅拌调节溶液PH5.0-5.8使铝离子全部沉淀，亚铁离子不沉淀，过滤得到滤渣主要是氢氧化铝沉淀和过量的废铁屑，滤液为硫酸亚铁溶液通过浓缩、结晶、过滤得到绿矾晶体，
（1）溶解搅拌和过滤都用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒；
（2）①加入少量FeCO₃的目的是为了调节溶液的pH使铝离子全部沉淀生成氢氧化铝沉淀，亚铁离子不沉淀；
②通常用稀盐酸和澄清石灰水检验CO₃^2-；
（3）根据沉淀9.32克为硫酸钡、氯气的物质的量计算出铁离子和亚铁离子的物质的量、再根据质量关系计算出含有的结晶水的质量，最后计算出晶体的化学式，防止生成的硫酸亚铁被氧化，应加入铁粉，隔离空气．

解答 解：（1）溶解搅拌和过滤都用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒，
故答案为：玻璃棒；
（2）①加入少量FeCO₃的目的是为了调节溶液的pH使铝离子全部沉淀生成氢氧化铝沉淀，亚铁离子不沉淀，则加入FeCO₃调节溶液的pH时，溶液的pH应调节为
5-5.8使铝离子全部沉淀生成氢氧化铝，
故答案为：5.0～5.8，Al（OH）₃；
②过滤Ⅰ得到的滤液是FeSO₄溶液，检验滤液中含有CO₃^2-的方法是取少量滤液于试管中，滴加稀HCl，若有无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体产生，则证明滤液中含有CO₃^2-，若无明显现象，则滤液中不含CO₃^2-，
故答案为：取少量滤液于试管中，滴加稀HCl，若有无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体产生，则证明滤液中含有CO₃^2-，若无明显现象，则滤液中不含CO₃^2-；
（3）硫酸钡的物质的量为：$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol，即n（FeSO₄）+3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol，标况下112mL氯气的物质的量为：$\frac{112{×10}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.005mol，根据反应关系式2Fe²⁺～Cl₂可知，硫酸亚铁的物质的量为：n（FeSO₄）=n（Fe²⁺）=2n（Cl₂）0.01mol，则3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，7.32克晶体中结晶水的质量为：m（H₂O）=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g，结晶水的物质的量为：n（H₂O）=$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，所以绿矾晶体中硫酸亚铁、硫酸铁、水的物质的量之比为0.01mol：0.01mol：0.1mol=1：1：10，所以晶体的化学式为FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O，
①7.32g该绿矾固体中，含FeSO₄为0.01mol，
故答案为：0.01；
②上述分析计算得到晶体的化学式为FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O，故答案为：FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O；
③在溶液中加入过量废铁屑可以防止亚铁离子被氧化，蒸发浓缩结晶过程中需要隔离空气，
故答案为：加入过量铁屑，隔离空气．

点评 本题考查了物质制备的实验过程分析，制备方法和试剂选择，注意离子分离的依据判断，掌握性质和实验过程和步骤是解题关键，题目难度中等．