Question

4．硫酸亚铁铵又称莫尔盐，是浅绿色晶体．它在空气中比一般亚铁盐稳定，是常用的Fe²⁺试剂．某实验小组利用工业废铁屑制取莫尔盐，并测定其组成，他们进行了以下实验．
Ⅰ．莫尔盐的制取

（把图中“一定实验步骤”换成“加热蒸发、浓缩结晶”）
请回答下列问题．
（1）废铁屑中含氧化铁，无需在制备前除去，理由是Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺（用离子方程式回答），实验前都需将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸，倾倒出液体，用水洗净铁屑．从以下仪器中选择组装，完成该操作必需的仪器有③⑦ （填编号）．
①铁架台    ②玻璃棒    ③广口瓶    ④石棉网    ⑤烧杯    ⑥漏斗  ⑦酒精灯
（2）步骤2中加热方式水浴加热（填“直接加热”﹑“水浴加热”或“沙浴”）；必须在铁屑少量剩余时，进行热过滤，其原因是防止Fe²⁺被氧化，同时热过滤可防止硫酸亚铁以晶体形式析出．
Ⅱ．莫尔盐组成的测定
①将摩尔盐低温烘干后，称取7.84 g加热至100℃失去结晶水，质量变为5.68g． 
②选择下图所示的部分装置连接起来，检查气密性后，将上述5.68g固体放入A装置的锥形瓶中，再向锥形瓶中加入足量NaOH浓溶液，充分吸收产生的气体并测出气体质量为0.68g．
③向A中加入适量3%的H₂O₂溶液，充分振荡后滤出沉淀，洗净、干燥、灼烧后，测得其质量为1.6g．

根据上述实验回答下列问题．
（3）步骤②中，选择的装置是A接C接D（填代号），A装置中未使用分液漏斗的理由是NaOH溶液对分液漏斗活塞、旋塞的磨口腐蚀性强．
（4）向锥形瓶中加入NaOH溶液的操作方法是打开止水夹，缓慢推压注射器活塞；吸收A中产生的气体所用试剂应是H₂SO₄溶液．实验小组的同学为保证A中产生的气体被完全吸收以准确测量其质量，他们在A中反应停止后再进行的操作是用注射器向A中注入空气，使装置中的氨气全部进入吸收液．
（5）根据上述实验数据计算，摩尔盐中n（N${H}_{4}^{+}$）：n（Fe²⁺）：n（S${O}_{4}^{2-}$）：n（H₂O）=2：1：2：6．

Answer 1

分析 （1）从滤液到得到晶体需要加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥等过程；步骤是溶液的加热和过滤，结合加热与过滤基本操作选择仪器；
（2）水浴加热便于控制温度；亚铁离子易被氧化，少量铁还原氧化生成的Fe³⁺；FeSO₄在温度低时溶解度较小；
（3）莫尔盐与氢氧化钠溶液反应生成氨气，可用稀硫酸吸收，注意防止倒吸，氢氧化钠具有强腐蚀性，可与二氧化硅反应；
（4）加入氢氧化钠溶液时，应先打开止水夹，缓慢推压注射器活塞，用稀硫酸吸收氨气，为保证气体完全吸收，可用注射器向A中注入空气；
（5）由题给数据可知7.84g摩尔盐中m（H₂O）=7.84g-5.68g=2.16g，生成的m（NH₃）=0.68g，m（Fe₂O₃）=1.6g，以此可确定SO₄^2-的质量以及n（NH₄⁺）：n（Fe²⁺）：n（（SO₄^2-）：n（H₂O）的比值．

解答 解：（1）废铁中含氧化铁，无需制备前除去，因最终溶液是FeSO₄溶液，氧化铁和硫酸生成硫酸铁、铁和硫酸铁生成硫酸亚铁，离子方程式为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，步骤是溶液的加热和过滤，需要的仪器有：铁架台、烧杯、玻璃棒、酒精灯、石棉网，故不需要广口瓶、漏斗，
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；③⑦；
（2）步骤二实验需要温度为：70～75℃，采用水浴加热便于控制温度；亚铁离子易被氧化，少量铁可还原氧化生成的Fe³⁺，减少产物中的Fe³⁺杂质，如果不趁热过滤就会有FeSO₄•7H₂O析出；
故答案为：水浴加热；防止Fe²⁺被氧化，同时热过滤可防止硫酸亚铁以晶体形式析出；
（3）莫尔盐与氢氧化钠溶液反应生成氨气，生成氨气先用碱石灰干燥，以除去水，然后用稀硫酸在D装置内吸收氨气，以防止倒吸，氢氧化钠具有强腐蚀性，可与二氧化硅反应，则可用注射器加入氢氧化钠溶液，
故答案为：C；D； NaOH溶液对分液漏斗活塞、旋塞的磨口腐蚀性强；
（4）加入氢氧化钠溶液时，应先打开止水夹，缓慢推压注射器活塞，用稀硫酸吸收氨气，为保证气体完全吸收，可用注射器向A中注入空气，使装置中的氨气全部进入吸收液，
故答案为：打开止水夹，缓慢推压注射器活塞；H₂SO₄溶液；用注射器向A中注入空气，使装置中的氨气全部进入吸收液；
（5）由题给数据可知7.84g摩尔盐中m（H₂O）=7.84g-5.68g=2.16g，n（H₂O）=$\frac{2.16g}{18g/mol}$=0.12mol，
生成的m（NH₃）=0.68g，m（Fe₂O₃）=1.6g，
则n（NH₃）=$\frac{0.68g}{17g/mol}$=0.04mol，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，
则m（NH₄⁺）=0.04mol×18g/mol=0.72g，m（Fe²⁺）=0.02mol×56g/mol=1.12g，
则m（SO₄^2-）=7.84g-2.16g-0.72g-1.12g=3.84g，
n（SO₄^2-）=$\frac{3.84g}{96g/mol}$=0.04mol，
所以n（NH₄⁺）：n（Fe²⁺）：n（（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.04mol：0.02mol：0.04mol：0.12mol=2：1：2：6，
故答案为：2：1：2：6．

点评 本题考查物质的含量测定，侧重于学生的分析能力、计算能力和实验能力的考查，题目难度不大，注意把握相关实验基本方法和注意事项．