Question

8．为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组在实验室中用含有铝、铁、铜的合金制取氯化铝溶液、绿矾晶体和胆矾晶体．其实验方案如下：

（1）从滤液D中得到绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）的实验操作是在隔绝空气的条件下，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，并用冰水洗涤、低温烘干．其中隔绝空气的目的防止FeSO₄•7H₂O晶体被氧化，冰水洗涤的目的除去杂质、减少晶体的损耗．从滤液A得到沉淀C 的步骤中，pH控制较难操作，可改为通入通入足量的CO₂气体．
（2）某结晶水合物除含有与绿矾相同的离子外，还含有一种常见阳离子．称取两份质量均为1.96g的该结晶水合物，分别制成溶液．一份加入足量Ba（OH）₂溶液，生成白色沉淀，随即沉淀变为灰绿色，最后带有红褐色；加热该混合物，逸出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体；用稀盐酸处理沉淀物，经洗涤和干燥，得到白色固体2.33g．另一份加入含0.001mol KMnO₄的酸性溶液，MnO₄^-恰好完全被还原为Mn²⁺．试通过计算确定该结晶水合物的化学式．已知：Fe²⁺+MnO₄^-+H⁺→Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O（未配平）

Answer 1

分析 合金中加入氢氧化钠溶液，铝可与氢氧化钠反应，当合金与氢氧化钠反应时，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，滤液中滴加盐酸调节pH值，得氢氧化铝沉淀，经过滤、洗涤得沉淀C为Al（OH）₃，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃；滤渣B为Fe和Cu的混合物，加入足量稀硫酸，过滤、洗涤，得到的滤液D为FeSO₄，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣E为Cu，可用于制备胆矾，以此解答该题．

解答 解：合金中加入氢氧化钠溶液，铝可与氢氧化钠反应，当合金与氢氧化钠反应时，发生2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，所得滤液A为NaAlO₂溶液，滤液中滴加盐酸调节pH值，得氢氧化铝沉淀，经过滤、洗涤得沉淀C为Al（OH）₃，生成的氢氧化铝再和盐酸反应生成AlCl₃；滤渣B为Fe和Cu的混合物，加入足量稀硫酸，过滤、洗涤，得到的滤液D为FeSO₄溶液，经蒸发浓缩、冷却结晶可得到绿矾，滤渣E为Cu，可用于制备胆矾，
（1）根据上面分析可知，从FeSO₄溶液中得到绿矾晶体（FeSO₄•7H₂O）的实验操作是在隔绝空气的条件下，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，并用冰水洗涤、低温烘干，其中隔绝空气的目的 防止FeSO₄•7H₂O晶体被氧化，FeSO₄•7H₂O晶体能溶于水，温度越高溶解度越大，所以冰水洗涤的目的 除去杂质、减少晶体的损耗，从滤液A得到沉淀C 的步骤中，pH控制较难操作，可改为通入 通入足量的CO₂气体，
故答案为：冷却结晶；防止FeSO₄•7H₂O晶体被氧化；除去杂质、减少晶体的损耗；通入足量的CO₂；
（2）据题意：n（SO₄^2-）=$\frac{{{{2.33}^{\;}}g}}{{23{3^{\;}}g•mo{l^{-1}}}}$=0.01 mol
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
5            1
n（Fe²⁺）        0.001 mo1
n（Fe²⁺）=0.001 mol×5=0.005 mol
根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理，n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-）
n（NH₄⁺）=0.01 mol
m（H₂O）=1.96 g-0.01×96-0.005×56-0.01×18=0.54 g
n（H₂O）=$\frac{{{{0.54}^{\;}}g}}{{1{8^{\;}}g•mo{l^{-1}}}}$=0.03 mol
有n（NH₄⁺）：n（Fe²⁺）：n（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.01：0.005：0.01：0.03=2：1：2，6，所以该结晶水合物的化学式为（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
答：该结晶水合物的化学式为（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]．

点评 本题综合考查物质的制备和性质探究等知识，侧重于学生的分析能力、实验能力、计算能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的操作原理和步骤，把握相关物质的性质，难度中等．