Question

4．为测定硫酸亚铁铵（NH4）2SO₄•FeSO₄•6H2O晶体纯度，某学生取mg硫酸亚铁铵样品配置成500mL溶液，根据物质组成，甲、乙、丙三位同学设计了如下三个实验方案，请回答：
（甲）方案一：取20.00mL硫酸亚铁铵溶液于锥形瓶，用0.1000mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液进行滴定．
（乙）方案二：取20.00mL硫酸亚铁铵溶液进行如下实验．
待测液$\stackrel{足量BaCl_{2}溶液}{→}$ $\stackrel{过滤}{→}$ $\stackrel{洗涤}{→}$ $\stackrel{干燥}{→}$ $\stackrel{称量}{→}$Wg固体
（1）方案一的离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；判断达到滴定终点的依据是当最后一滴酸性高锰酸钾标准溶液滴入时，锥形瓶内溶液由黄色变为浅紫色，且半分钟内不再恢复原色，说明达到滴定终点；
（2）方案二的离子方程式为SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；若实验操作都正确，但方案一的测定结果总是小于方案二，其可能原因为Fe²⁺已被空气部分氧化，如何验证你的假设取少量硫酸亚铁铵溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明Fe²⁺已被空气部分氧化．
（丙）方案三：（通过NH₄⁺测定）实验设计图如所示．取20.00mL硫酸亚铁铵溶液进行该实验．

（3）①装置图二（填“图一”或“图二”）较为合理，判断理由是氨气极易溶于水，图一装置无法排液体，甚至会出现倒吸．量气管中最佳试剂是c（填字母编号．如选“图二”则填此空，如选“图一”此空可不填）．
a．水            b．饱和NaHCO₃溶液          c．CCl₄
②若测得NH₃的体积为VL（已折算为标准状况下），则该硫酸亚铁铵晶体的纯度为$\frac{392V×500}{2×22.4m×20}$×100%（列出计算式即可，不用简化）

Answer 1

分析 （1）取20.00mL硫酸亚铁铵溶液于锥形瓶，用0.1000mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液进行滴定发生反应为高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，结合电荷守恒和原子守恒书写离子方程式，利用高锰酸钾溶液的颜色变化判断反应终点；
（2）取20.00mL硫酸亚铁铵溶液加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀，测定沉淀质量计算，亚铁离子具有还原性，易被氧化；检验亚铁离子的氧化产物铁离子；
（3）①根据氨气的溶解性和装置特点分析；
②根据氨气的体积计算氨气的物质的量，根据N守恒计算出硫酸亚铁铵的质量，进而计算质量分数．

解答 解：（1）酸性KMnO₄溶液进行滴定发生反应时高锰酸钾溶液氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，判断达到滴定终点的依据是当最后一滴酸性高锰酸钾标准溶液滴入时，锥形瓶内溶液由黄色变为浅紫色，且半分钟内不再恢复原色，说明达到滴定终点，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；当最后一滴酸性高锰酸钾标准溶液滴入时，锥形瓶内溶液由黄色变为浅紫色，且半分钟内不再恢复原色，说明达到滴定终点；
（2）取20.00mL硫酸亚铁铵溶液加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀，反应的离子方程式为：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓，亚铁离子具有还原性，易被氧化成铁离子，故测得硫酸亚铁铵浓度偏小；可检验亚铁离子的氧化产物铁离子，具体操作为：取少量硫酸亚铁铵溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明Fe²⁺已被空气部分氧化；
故答案为：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；Fe²⁺已被空气部分氧化；取少量硫酸亚铁铵溶液，加入少量KSCN溶液，若溶液变为血红色，说明Fe²⁺已被空气部分氧化；
（3）①氨气易溶于水，不能用排水法收集，图一装置中导管伸入液面下，易倒吸，用排水法，不合理；图二装置中导管在液面以上，符合排液体收集气体要求，量气管中液体应不能溶解氨气，氨气易溶于水和饱和碳酸钠溶液，难溶于四氯化碳，故用排四氯化碳法收集；
故答案为：图二；氨气极易溶于水，图一装置无法排液体，甚至会出现倒吸；c；
②VL氨气的物质的量为：$\frac{VL}{22.4L/mol}$=$\frac{V}{22.4}$mol，m g硫酸亚铁铵样品中含N的物质的量为$\frac{500ml}{20ml}$×$\frac{V}{22.4}$mol=$\frac{25V}{22.4}$mol，
硫酸亚铁铵的纯度为：$\frac{\frac{25V}{22.4}mol×\frac{1}{2}×392g/mol}{mg}$×100%=$\frac{392V×500}{2×22.4m×20}$×100%，
故答案为：$\frac{392V×500}{2×22.4m×20}$×100%．

点评 本题考查制备实验方案的设计，综合性较强，注意结合题给信息和装置特点及物质的性质分析．