Question

（18分）硫酸亞鐵銨晶體俗名為摩爾鹽，化學式為xFeSO₄·y(NH₄)₂SO₄·zH₂O，在制藥、電鍍方面有廣泛的應用。
資料： ①硫酸亞鐵銨晶體易溶于水，不溶于乙醇；
②相關物質的溶解度（單位：g）如下表：

溫度/℃	FeSO4	(NH4) 2SO4	xFeSO4·y(NH4)2SO4·zH2O
10	20.0	73	17.2
20	26.5	75.4	21. 6
30	32.9	78	28.1

      ③硫酸亞鐵銨晶體受熱時，在200℃以下只有結晶水失去。
【探究一】：制備硫酸亞鐵銨晶體

某興趣小組的學生用含有少量銅的廢鐵屑制備硫酸亞鐵銨晶體，流程如下：
（1）在盛有廢鐵屑的容器中，倒入熱水和洗滌劑，充分攪拌。以除去廢鐵屑表面的油污，這是利用洗滌劑的     作用；
（2）操作①中發生反應的化學方程式為     ；
（3）過濾所需的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、     。過濾操作中濾紙有多種折法，為了加快過濾速率，你選擇折法是     ；
         
（4）操作①中過濾時，要趁熱進行的原因是    ，過濾后得到的固體中一定含有的物質是    ；
（5）操作②的目的是得到硫酸亞鐵銨晶體。操作順序是b→     →     →d；
a．過濾        b．加熱濃縮        c．冷卻結晶        d．洗滌干燥
（6）操作②中使用乙醇洗滌，可快速晾干。這樣做的優點是     ；
A、避免用水洗滌所造成的晶體損耗
B、酒精易揮發，可低溫晾干晶體
【探究二】：探究硫酸亞鐵銨的組成
【實驗步驟】：取2份等質量的硫酸亞鐵銨晶體，分別進行實驗。向一份中加入過量的NaOH溶液，充分反應后得到0.68gNH₃；向另一份中加入過量的BaCl₂溶液，充分反應后過濾、洗滌、干燥得到9.32g沉淀。
回答下列問題：
（7）實驗中生成的NH₃能使濕潤的     變藍；寫出(NH₄)₂SO₄與NaOH反應的化學方程式     ，屬于     反應；
（8）實驗中加入過量BaCl₂溶液的目的     ；
（9）取最后一次洗滌液，加入Na₂SO₄溶液，     ，則說明沉淀已經洗滌干凈；
（10）根據實驗數據，計算x 和y的比值（2分，寫出計算過程；相對分子質量：NH₃-17、BaSO₄-233）
     ；
為進一步確定硫酸亞鐵銨晶體的組成，另取7.84g硫酸亞鐵銨晶體，并加熱使其分解，剩余固體質量與溫度的關系如圖所示。則：

（11）根據圖示數據，硫酸亞鐵銨晶體中，
x：y：z =       ；
（12）寫出A點到B點發生反應的化學方
程式     。

Answer 1

（1）乳化        
（2）Fe + H₂SO₄==FeSO₄ + H₂↑
（3）漏斗     C
（4）防止FeSO₄晶體析出          Cu
（5）c a

△

（6）AB（漏選不給分）

（7）紅色石蕊試紙   (NH₄)₂SO₄ + 2NaOH ==  2NH₃ ↑+ Na₂SO₄ + 2H₂O 復分解
（8）使硫酸根完全沉淀（合理均給分）
（9）無沉淀
（10） xFeSO₄·y(NH₄)₂SO₄~ 2yNH₃ ~ (x+y)BaSO₄……………………(1分)
34y    233(x+y)
0.68g     9.32g

x:y=1:1……………………………………..(1分)
（11）1:1:6
（12）FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O △ FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·2H₂O + 4H₂O

解析試題分析：（1）洗滌劑除去油污是因為它含表面活性劑，表面活性劑要使油以極小的液滴均勻懸浮在水中形成乳濁液的現象。其中的乳化劑所起的作用就叫乳化作用。
（2）操作①向鐵屑中加硫酸，二者反應的化學方程式為Fe + H₂SO₄==FeSO₄ + H₂↑；
（3）過濾所需的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗。為了加快過濾速率，需要濾紙折疊后的表面積最大，所以應選擇的折法是A；
（4）操作①中過濾時，如溫度太低，硫酸亞鐵的溶解度較低，其晶體會析出。所以要趁熱進行。廢鐵屑中含一定量的銅，銅的活動性較弱不和稀硫酸反應，所以過濾后得到的固體中一定含有的物質是銅。
（5）硫酸亞鐵銨晶體的溶解度較小，可通過加熱濃縮而溶液濃度變大，促使形成硫酸亞鐵銨的飽和溶液；然后再通過冷卻結晶，使其從溶液中析出；再通過過濾分離出析出的晶體；最后洗滌干燥得到晶體。所以操作順序是b→ c→ a →d；
（6）根據題意可知：硫酸亞鐵銨晶體易溶于水，不溶于乙醇。所以操作②中使用乙醇洗滌，避免了用水洗滌所造成的晶體因溶解而損耗；且酒精易揮發，可低溫晾干晶體。
【探究二】：（7）實驗中生成的NH₃極易溶于水，且能和水反應生成氨水，其溶液呈堿性，故能使濕潤的 紅色的石蕊試液變藍；寫出(NH₄)₂SO₄與NaOH反應的化學方程式(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH ==  2NH₃ ↑+ Na₂SO₄ + 2H₂O，此反應中(NH₄)₂SO₄與NaOH兩種反應物相互交換了成分，生成硫酸鈉和氨水，氨水不穩定增長而分解為氨氣和水。從類型上來說屬于復分解反應；
（8）為使硫酸根完全沉淀，在實驗中加入過量BaCl₂溶液；
（9）洗滌沉淀是為了除去沉淀上帶有的溶液中的離子，如未洗滌干凈，則加入Na₂SO₄溶液能與過量有剩余的氯化鋇反應生成沉淀。所以當加入Na₂SO₄溶液無沉淀生成，說明沉淀已經洗滌干凈；
（10）方法一：根據題意可知：已知量為生成氨氣和硫酸鋇沉淀的質量；未知量為晶體中x 和y的比值。解題思路：根據質量守恒定律可知，氮、硫兩元素的質量在反應前后守恒。可根據生成氨氣和硫酸鋇沉淀的質量計算氮、硫元素的質量比；再根據晶體的化學式計算出氮、硫元素的質量比。二者相等，可計算出晶體中x 和y的比值。具體過程如下：
生成氨氣0.68g，其中含氮元素的質量為：0.68g×（ ×100%）=0.56g。
生成硫酸鋇9.32g，其中含鋇硫元素的質量為：9.32g×（×100%）=1.28g。
根據質量守恒定律可知：氮、硫兩元素在變化前后的質量相等。可列式為：
[14×2y]:[32×(x+y)] =0.56g：1.28g
則x：y=1：1
方法二：也可根據化學方程式計算此題。已知量為生成氨氣和硫酸鋇沉淀的質量；未知量為晶體中x 和y的比值。
xFeSO₄·y(NH₄)₂SO₄~ 2yNH₃ ~ (x+y)BaSO₄
34y    233(x+y)
0.68g     9.32g
34y：233(x+y)= 0.68g：9.32g
x:y=1:1
（11）根據“硫酸亞鐵銨晶體受熱時，在200℃以下只有結晶水失去”可知生成水的質量為7.84g—5.68g=2.16g。結合（10）中的數據及晶體的化學式[xFeSO₄·y(NH₄)₂SO₄·zH₂O]可列式為：[14×2y]:[32×(x+y)]：36=0.56g：1.28g：: 2.16g 所以 x：y：z=1：1：6
（12）根據圖像可知：A點到B點發生反應是失去了結晶水的質量為7.84g—6.40g=1.44g。結合（11）可知結晶水的總質量為2.16g。設A點到B點發生反應是失去了結晶水的數目為x，則可列式為：x：6=1.44g：2.16g，可解得x=4 所以反應的化學方程式為：FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O△FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·2H₂O + 4H₂O
考點：乳化作用、科學探究、綜合計算、化學方程式的書寫