Question

8．实验室以绿矾（FeSO₄•7H₂O）为铁源制备补铁剂甘氨酸亚铁[（NH₂CH₂COO）₂Fe]．有关物质性质：

甘氨酸（NH2CH2COOH）	柠檬酸	甘氨酸亚铁
易溶于水，微溶于乙醇、两性化合物	易溶于水和乙醇，有强酸性和还原性	易溶于水，难溶于乙醇

实验过程：
I．制备FeCO₃：将0.10mol绿矾于水中，加入少量铁粉，边搅拌边缓慢加入1.1mol•L^-1NH₄HCO₃溶液200mL．反应结束后过滤并洗涤沉淀．
II．制备（NH₂ CH₂ COO）₂Fe：实验装置如图（夹持和加热仪器已省略），利用A中反应将C中空气排净，再将上述沉淀和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中，滴入柠檬酸并加热．反应结束后过滤，滤液蒸发浓缩，加入乙醇，过滤、干燥得到产品．

回答下列问题：
（1）实验I中：铁粉的作用是防止二价铁被氧化；生成沉淀的离子方程式为Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（2）实验II中：
①装置B中试剂为饱和NaHCO₃溶液．
②当C中空气排净后，应停止滴加盐酸，打开止水夹b，关闭止水夹a
③装置D中Ca（OH）₂的作用是判断装置中控器是否排尽．
④柠檬酸可调节pH，体系pH与产率的关系如下表：

实验	1	2	3	4	5	6	7	8
体系pH	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5
产率/%	65.74	74.96	78.78	83.13	85.57	72.98	62.31	56.68

pH过低使产率下降的原因是H⁺会与NH₂CH₂COOH反应；柠檬酸的作用还有bc（填序号）．
a．作反应终点指示剂　     b．防止二价铁被氧化
c．促进FeCO₃溶解　       d．作催化剂
⑤乙醇的作用是降低甘氨酸亚铁在水中的溶解度，提高产率和纯度．
⑥若产品的质量为m g，则产率为$\frac{m}{20.4}$．
（3）设计实验方案测定产品中二价铁含量（不必描述操作过程的细节）：称取一定质量的产品溶于水中，加入适量H₂SO₄酸化，用KMnO₄标准溶液滴定，记录消耗的体积，重复实验2-3次．（已知产品中存在少量三价铁，且仅二价铁可以在酸性条件下被KMnO₄、NaC1O或H₂O₂定量快速氧化．）

Answer 1

分析 （1）二价铁具有较强的还原性，在制备碳酸亚铁的过程中，要防止二价铁被氧化，二价铁离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸铁沉淀；
（2）①防止挥发的HCl干扰后面的实验，故需除去，可选用饱和NaHCO₃溶液；
②当C中空气排净后，应停止滴加盐酸，制备产物，故硬关闭止水夹b，打开止水夹a；
③装置D中Ca（OH）₂的作用是判断装置中控器是否排尽；
④pH过低使产率下降的原因是H⁺会与NH₂CH₂COOH中的氨基反应，柠檬酸有强酸性和还原性，作用还有促进FeCO₃溶解，防止二价铁被氧化；
⑤由于甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，故乙醇的作用是降低甘氨酸亚铁在水中的溶解度，提高产率和纯度； 
⑥根据原子守恒，绿矾中的铁元素为0.10mol，过程中NH₄HCO₃溶液过量，故根据铁原子守恒计算，产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$；
（3）测定产品中二价铁含量，称取一定质量的产品溶于水中，加入适量H₂SO₄酸化，用KMnO₄标准溶液滴定，记录消耗的体积，重复实验2-3次，可根据消耗的高锰酸钾的量计算二价铁的量．

解答 解：（1）二价铁具有较强的还原性，在制备碳酸亚铁的过程中，为了防止二价铁被氧化，需加入少量铁粉，绿矾的水溶液与NH₄HCO₃溶液反应的方程式为 Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案为：防止二价铁被氧化；Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（2）①由于稀盐酸与石灰质制备二氧化碳的过程中，HCl有挥发性，为了避免挥发出的HCl干扰后续试验，故需除去，可选用饱和NaHCO₃溶液，
故答案为：饱和NaHCO₃溶液；
②当C中空气排净后，应停止滴加盐酸，制备产物，此过程不需要二氧化碳，需要控制左侧的物质不能进入右侧的反应装置，故硬关闭止水夹b，打开止水夹a，故答案为：b；a；
③装置D中Ca（OH）₂的作用是判断装置中控器是否排尽，若产生沉淀则需要继续除空气，以免对实验造成干扰，
故答案为：判断装置中控器是否排尽；
④pH过低使产率下降的原因是H⁺会与NH₂CH₂COOH中的氨基反应，柠檬酸有强酸性和还原性，作用还有促进FeCO₃溶解，防止二价铁被氧化，故答案为：H⁺会与NH₂CH₂COOH反应；bc；
⑤由于甘氨酸亚铁易溶于水，难溶于乙醇，故乙醇的作用是降低甘氨酸亚铁在水中的溶解度，提高产率和纯度，
故答案为：降低甘氨酸亚铁在水中的溶解度，提高产率和纯度；  
⑥根据原子守恒，绿矾中的铁元素为0.10mol，过程中NH₄HCO₃溶液过量，故根据铁原子守恒知理论上产生[（NH₂ CH₂COO）₂ Fe0.10mol，其质量为20.4g，故产率=$\frac{实际产量}{理论产量}$=$\frac{m}{20.4}$，故答案为：$\frac{m}{20.4}$；
（3）测定产品中二价铁含量，称取一定质量的产品溶于水中，加入适量H₂SO₄酸化，用KMnO₄标准溶液滴定，记录消耗的体积，重复实验2-3次，可根据消耗的高锰酸钾的量计算二价铁的量，
故答案为：称取一定质量的产品溶于水中，加入适量H₂SO₄酸化，用KMnO₄标准溶液滴定，记录消耗的体积，重复实验2-3次．

点评 本题考查实验制备方案，涉及化学反应基本原理、对操作的分析评价、物质分离提纯、氧化还原反应滴定应用等，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．