Question

5．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⁺转化为沉淀或抑制Fe²⁺水解，滤渣A的主要成分是CaSO₄．
（2）下列物质中最适合的氧化剂B是b；反应的离子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
a．NaClO         b．H₂O₂         c．KMnO₄         d．K₂Cr₂O₇
（3）操作甲、乙的名称分别是：甲冷却结晶，乙常温晾晒．
（4）上述流程中，氧化之后和加热蒸发之前，需取少量检验Fe²⁺是否已全部被氧化，所加试剂为铁氰化钾溶液（写名称），能否用酸性的KMnO₄溶液？不能（如果能，下问忽略），理由是：因为过氧化氢和二价铁离子均能使酸性高锰酸钾溶液褪色．（可用语言或方程式说明）
（5）检验硫酸铁铵中NH₄⁺的方法是在试管中加入少量样品和NaOH固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色．
（6）称取14.00g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，结合对应物质的性质以及题目要求可解答该题．
（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，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，但是温度不能太高；
（4）根据酸性高锰酸钾溶液氧化性很强，可以氧化二价铁和双氧水分析；
（5）检验NH₄⁺的方法是加入强碱反应、加热能够产生使湿润的红色石蕊试液变蓝的气体，该气体是氨气，从而证明原溶液中一定含有NH₄⁺；
（6）根据元素守恒结合发生的转化来计算．

解答 解：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）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⁺转化为沉淀或抑制Fe²⁺水解；CaSO₄；
（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，反应的离子方程式为H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：b；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（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，最后经常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵，温度不能过高，防止分解，
故答案为：冷却结晶；常温晾晒；
（4）酸性高锰酸钾溶液氧化性很强，可以氧化二价铁和双氧水，应加入铁氰化钾溶液，如生成蓝色沉淀，可说明含有亚铁离子，
故答案为：铁氰化钾溶液；不能；因为过氧化氢和二价铁离子均能使酸性高锰酸钾溶液褪色；
（5）检验NH₄⁺的方法是加入强碱反应、加热能够产生使湿润的红色石蕊试液变蓝的气体，该气体是氨气，从而证明原溶液中一定含有NH₄⁺，
故答案为：在试管中加入少量样品和NaOH固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色；
（6）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．