Question

19．某实验小组用废铁屑（含少量S等元素）为原料制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体[K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O]并测定其组成．
实验一  制备硫酸亚铁铵[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]
小组同学设计如图装置（夹持仪器略去），称取一定量废铁屑于锥形瓶中，加入适量稀硫酸，在通风橱中置于50～60℃热水浴中加热，充分反应．待锥形瓶中溶液冷却后加入氨水，搅拌使其反应完全，制得浅绿色悬浊液．
（1）实验室保存浓氨水的方法是密封保存，置于冷暗处．
（2）烧杯中高锰酸钾溶液的作用是吸收H₂S等尾气，防止污染空气．
（3）写出锥形瓶中发生中和反应的离子方程式：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O．
（4）若要确保获得浅绿色悬浊液，实验过程应注意的是ab（填序号）．
a．保持铁屑过量        b．控制溶液呈强酸性        c．持续升高温度
实验二  制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体
实验小组用实验一锥形瓶中的悬浊液设计以下实验流程制备三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体．

已知：25℃时，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2
（5）写出步骤Ⅰ生成黄色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O）的化学方程式：（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O．
（6）步骤Ⅱ水浴加热需控制40℃的理由是温度太高，H₂O₂分解；温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢．
（7）小组同学欲检验晶体中含有Fe（Ⅲ），取少量晶体放入试管中，用蒸馏水充分溶解，向试管中滴入几滴0.1mol•L^-1KSCN溶液．请判断上述实验方案是否可行并说明理由．否，因为[Fe（C₂O₄）₃]^3-转化为[Fe（SCN）]²⁺反应的平衡常数小于10^-5，观察不到明显现象，所以无法检验．
实验三  测定三草酸合铁（Ⅲ）酸钾晶体中C₂O₄^2-的含量
小组同学准确称取m g晶体配制成250mL溶液，取25mL该溶液于锥形瓶中，加入3mol•L^-1硫酸溶液10mL，滴入二苯胺磺酸钠作指示剂，用c mol•L^-1K₂Cr₂O₇标准液滴定至紫红色，平行实验三次，平均消耗标准液V mL．已知：Cr₂O₇^2-在酸性介质中被还原为Cr³⁺．
（8）晶体中C₂O₄^2-质量分数的表达式为$\frac{264cV}{m}%$．

Answer 1

分析 （1）氨水不稳定，见光受热易分解，需密封、冷暗处保存；
（2）由于废铁屑中含有含S元素的物质，加入稀硫酸，会产生硫化氢等有毒气体，不能向空气中排放；
（3）稀硫酸与氨水的反应，生成硫酸铵和水，氨水为弱碱，不能拆；
（4）由于Fe²⁺有较强的还原性，为弱碱阳离子，实验过程中要防止二价铁被氧气氧化和水解；
（5）步骤Ⅰ为硫酸亚铁铵晶体与饱和草酸溶液反应生成黄色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O，据此写出方程式；
（6）温度太高，H₂O₂分解；温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢；
（7）因为25℃时，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2，平衡常数小于10^-5，离子浓度太小，观察不到明显现象，所以无法检验；
（8）根据方程式3C₂O₄^2-+14H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O进行计算，注意250mL中取25mL，但计算的是原晶体中的含量．

解答 解：（1）由于氨水不稳定，见光受热易分解，故实验室保存氨水的方法为密封保存，置于冷暗处，故答案为：密封保存，置于冷暗处；
（2）由于废铁屑中含有含S元素的物质，加入稀硫酸，会产生硫化氢等有毒气体，不能向空气中排放，高锰酸钾溶液的作用是吸收H₂S等尾气，防止污染空气，故答案为：吸收H₂S等尾气，防止污染空气；
（3）锥形瓶中是冷切后的溶液中稀硫酸与氨水的反应，生成硫酸铵和水，氨水为弱碱，不能拆，离子方程式为NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O，故答案为：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O；
（4）由于Fe²⁺有较强的还原性，实验过程中要防止二价铁被氧气氧化，保持铁屑过量就是防止亚铁离子被氧化；二价铁离子在溶液中要水解，故需抑制其水解，加入稀硫酸可以增大氢离子浓度，抑制亚铁离子的水解，因此要确保获得浅绿色悬浊液，可选择ab，故答案为：ab；
（5）步骤Ⅰ为硫酸亚铁铵晶体与饱和草酸溶液反应生成黄色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O），化学方程式为（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O，故答案为：（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O；
（6）温度太高，H₂O₂分解；温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢，故水浴加热控制在40℃是防止过氧化氢分解和确保二价铁被氧化为三价铁的反应速率，故答案为：温度太高，H₂O₂分解；温度太低，Fe²⁺氧化速度太慢；
（7）因为25℃时，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2，平衡常数小于10^-5，离子浓度太小，观察不到明显现象，所以无法检验，故答案为：否，因为[Fe（C₂O₄）₃]^3-转化为[Fe（SCN）]²⁺反应的平衡常数小于10^-5，观察不到明显现象，所以无法检验；
（8）根据反应，25mL标准液消耗c mol•L^-1K₂Cr₂O₇V mL，物质的量为cV×10^-3mol，设有C₂O₄^2-的质量为x，根据方程式
3C₂O₄^2-+14H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O
3×88g         1mol    
  x        cV×10^-3mol 
x=264cV×10^-3g，故250mL中含有的质量为264cV×10^-2g，晶体中C₂O₄^2-质量分数的表达式为=$\frac{264cV}{m}%$，故答案为：$\frac{264cV}{m}%$．

点评 本题考查物质的制备原理和操作方法，需要学生阅读题目获取信息的能力、氧化还原反应及计算等，难度中等，要求学生要有扎实的基础知识和灵活运用知识解决问题的能力，注意基础知识的全面掌握．