Question

以废铁屑为原料生产莫尔盐的主要流程如下：

（1）“反应I”中通入N₂的作用是

 

．
（2）为确定莫尔盐的化学式，设计以下实验：称取23.52g新制莫尔盐，溶于水配制成100mL溶液，将所得溶分成两等份．一份加入足量Ba（OH）₂溶液，并微热，逸出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，同时生成白色沉淀，随即沉淀变为灰绿色，最后带有红褐色；用足量稀盐酸处理沉淀物，充分反应后过滤、洗涤和干燥，得白色固体13.98g．另一份用0.2000mol?L^-1 K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，当Cr₂O₇^2-恰好完全被还原为Cr³⁺时，消耗K₂Cr₂O₇溶液的体积为25.00mL．
①在上述实验过程中，确定Ba（OH）₂溶液已经足量的方法是

 

．
若要使溶液中能被Ba（OH）₂沉淀的离子的残余浓度不高于1.0×10^-5mol/L，则Ba（OH）₂在溶液中的残余浓度应不低于

 

mol/L（已知：Ksp（BaSO₄）=1.1×10^-10，Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，

4.9

≈2.2）．
②通过计算确定莫尔盐的化学式

 

．（写出计算过程）

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,探究物质的组成或测量物质的含量,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：废铁屑碱洗除去油污，水洗除去表面碱液，加入硫酸和表面氧化铁反应生成硫酸铁和水，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铁离子和铁反应生成亚铁离子，亚铁离子易被氧化，充入氮气把装置中空气排净；趁热过滤得到硫酸亚铁溶液，向硫酸亚铁溶液中加入硫酸铵结晶析出摩尔盐．
（1）氮气化学性质稳定，不会参与化学反应，可以将其中的空气排净等；
（2）①检验氢氧化钡已足量，即检验硫酸根离子沉淀完全；根据沉淀溶解平衡常熟计算氢氧化钡的最低浓度；
②不溶于盐酸的白色固体13.98g为硫酸钡沉淀，据此可计算出硫酸根离子的物质的量，根据化学方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O计算亚铁离子的物质的量，根据电荷守恒来计算铵根离子物质的量，根据质量守恒计算水的物质的量，算出各微粒的物质的量之比，进而写出摩尔盐的化学式．

解答： 解：（1）亚铁离子很易被空气氧化为三价铁离子，“反应I”中通入N₂，可以防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，同时通入时的气流会起搅拌作用，能加快反应速率，
故答案为：防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，且起搅拌作用，以加快反应速率；
（2）①氢氧化钡和硫酸铁铵反应生成硫酸钡沉淀和氢氧化铁沉淀及氨气，若氢氧化钡不足，则溶液中存在硫酸根离子，故继续加入氢氧化钡沉淀，若无沉淀生成，证明氢氧化钡过量，具体操作为：再加入一滴Ba（OH）₂溶液，不再生成新的沉淀，则说明氢氧化钡过量；
亚铁离子沉淀完全，c（Fe²⁺）=1.0×10^-5mol/L，则此时c（OH^-）=

4.9×10-17 1.0×10-5

=2.2×10^-6；
硫酸根离子沉淀完全，c（SO₄^2-）=1.0×10^-5mol/L，则此时c（Ba²⁺）=

1.1×10-10

1.0×10-5

=1.1×10^-5，故要使离子沉淀完全，残余氢氧化钡浓度不低于1.1×10^-5，
故答案为：再加入一滴Ba（OH）₂溶液，不再生成新的沉淀；1.1×10^-5；
②n（SO₄^2-）=

13.98g

233g/mol

=0.06 mol
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6          1
n（Fe²⁺）  0.2000mol?L^-1×0.025L
n（Fe²⁺）=0.005 mol×6=0.03mol
根据电荷守恒得：n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.06mol，
n（H₂O）=

23.52g 2 -0.06mol×96g/mol-0.03mol×56g/mol-0.06mol×18g/mol

18g/mol

=0.18 mol，
n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0 06 mol：0 03 mol：0 06mol：0 18 mol=2：1：2：6，故莫尔盐的化学式为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O[或（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]，
故答案为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O[或（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]．

点评：本题是一道关于物质分子式确定的计算题，考查学生的计算能力以及分析和解决问题的能力，综合性较强，难度大．在计算氢氧化钡浓度的最低浓度应按钡离子浓度计算氢氧化钡浓度，而不能按氢氧根离子浓度计算氢氧化钡浓度，计算摩尔盐的化学式时要注意分成两份，计算时要注意电荷守恒和质量守恒的应用．