Question

3．硫酸铁铵[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）2SO₄•cH₂O]广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等．某化工厂以硫酸亚铁（含少量硝酸钙）和硫酸铵为原料，设计了如图工艺流程制取硫酸铁铵．

请回答下列问题：
（1）硫酸亚铁溶液加H₂SO₄酸化的主要目的是增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀同时抑制Fe²⁺水解．
（2）下列物质中最适合的氧化剂B是b．
a．NaClO        b．H₂O₂    c．KMnO₄    d．K₂Cr₂O₇
（3）操作甲的名称是：甲冷却结晶．
（4）上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，需取少量硫酸（填试剂的化学式）检验Fe²⁺是否已全部被氧化加入铁氰化钾溶液若生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子；
（5）称取14.00g所得样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14g沉淀；向另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反应．则该硫酸铁铵的化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 原料中加入硫酸酸化，可生成硫酸钙沉淀，减压过滤后加入过氧化氢氧化可生成硫酸铁，加入硫酸铵，在80℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，
（1）硫酸亚铁中亚铁离子水解，硫酸可以抑制水解，硫酸根离子可以将钙离子沉淀；
（2）加入氧化剂可氧化亚铁离子，但应避免引入新杂质；
（3）硫酸铁铵经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤；
（4）上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，防止铁离子水解，用铁氰化钾溶液可以检验亚铁离子的存在；
（5）根据元素守恒结合发生的转化来计算；

解答 解：（1）加入硫酸，可增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，生成CaSO₄，同时抑制Fe²⁺水解，
故答案为：增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀同时抑制Fe²⁺水解；
（2）为避免引入新杂质，应加入过氧化氢为氧化剂，还原产物是水，
故选b；
（3）在80℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，所以操作甲为冷却结晶，
故答案为：冷却结晶；
（4）上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，防止铁离子水解，所以要加适量的硫酸，检验Fe²⁺是否已全部被氧化的方法是，在溶液中加入铁氰化钾溶液若生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子，
故答案为：硫酸；不加入铁氰化钾溶液若生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子；
（5）称取14.00g样品，将其溶于水配置成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到2.14g沉淀，应为Fe（OH）₃，
n（Fe（OH）₃）=$\frac{2.14g}{107g/mol}$=0.02mol，
向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反应，则n（SO₄^2-）=0.05mol，
所以14.00g样品中含有Fe₂（SO₄）₃0.02mol，n（SO₄^2-）为0.1mol，则（NH₄）₂SO₄为0.1mol-0.02mol×3=0.04mol，
则m（H₂O）=14.00g-0.02mol×400g/mol-0.04mol×132g/mol=0.72g，
n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，
n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，
所以化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

点评 本题考查考查物质的分离、提纯制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意根据物质的性质把握实验原理和方法，难度较大．