Question

5．硫酸鐵銨[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O]廣泛用于城鎮生活飲用水、工業循環水的凈化處理等．某化工廠以硫酸亞鐵（含少量硝酸鈣）和硫酸銨為原料，設計了如圖工藝流程制取硫酸鐵銨．

請回答下列問題：
（1）硫酸亞鐵溶液加H₂SO₄酸化的主要目的是增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉化為沉淀或抑制Fe²⁺水解，濾渣A的主要成分是CaSO₄．
（2）下列物質中最適合的氧化劑B是b；反應的離子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
a．NaClO         b．H₂O₂         c．KMnO₄         d．K₂Cr₂O₇
（3）操作甲、乙的名稱分別是：甲冷卻結晶，乙常溫晾曬．
（4）上述流程中，氧化之后和加熱蒸發之前，需取少量檢驗Fe²⁺是否已全部被氧化，所加試劑為鐵氰化鉀溶液（寫名稱），能否用酸性的KMnO₄溶液？不能（如果能，下問忽略），理由是：因為過氧化氫和二價鐵離子均能使酸性高錳酸鉀溶液褪色．（可用語言或方程式說明）
（5）檢驗硫酸鐵銨中NH₄⁺的方法是在試管中加入少量樣品和NaOH固體加熱，在試管口用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，看到試紙變成藍色．
（6）稱取14.00g樣品，將其溶于水配制成100mL溶液，分成兩等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，過濾洗滌得到2.14g沉淀；向另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反應．則該硫酸鐵銨的化學式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 原料中加入硫酸酸化，可生成硫酸鈣沉淀，減壓過濾后加入過氧化氫氧化可生成硫酸鐵，加入硫酸銨，在80℃下反應可生成硫酸鐵銨，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，最后經常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨，結合對應物質的性質以及題目要求可解答該題．
（1）硫酸亞鐵中亞鐵離子水解，硫酸可以抑制水解，硫酸根離子可以將鈣離子沉淀；
（2）加入氧化劑可氧化亞鐵離子，但應避免引入新雜質；
（3）硫酸鐵銨經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，最后經常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨，但是溫度不能太高；
（4）根據酸性高錳酸鉀溶液氧化性很強，可以氧化二價鐵和雙氧水分析；
（5）檢驗NH₄⁺的方法是加入強堿反應、加熱能夠產生使濕潤的紅色石蕊試液變藍的氣體，該氣體是氨氣，從而證明原溶液中一定含有NH₄⁺；
（6）根據元素守恒結合發生的轉化來計算．

解答 解：原料中加入硫酸酸化，可生成硫酸鈣沉淀，減壓過濾后加入過氧化氫氧化可生成硫酸鐵，加入硫酸銨，在80℃下反應可生成硫酸鐵銨，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，最后經常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨，
（1）加入硫酸，可增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉化為沉淀，生成CaSO₄，同時抑制Fe²⁺水解，
故答案為：增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉化為沉淀或抑制Fe²⁺水解；CaSO₄；
（2）為避免引入新雜質，應加入過氧化氫為氧化劑，還原產物是水，反應的離子方程式為H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：b；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（3）在80℃下反應可生成硫酸鐵銨，經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，最后經常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨，溫度不能過高，防止分解，
故答案為：冷卻結晶；常溫晾曬；
（4）酸性高錳酸鉀溶液氧化性很強，可以氧化二價鐵和雙氧水，應加入鐵氰化鉀溶液，如生成藍色沉淀，可說明含有亞鐵離子，
故答案為：鐵氰化鉀溶液；不能；因為過氧化氫和二價鐵離子均能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（5）檢驗NH₄⁺的方法是加入強堿反應、加熱能夠產生使濕潤的紅色石蕊試液變藍的氣體，該氣體是氨氣，從而證明原溶液中一定含有NH₄⁺，
故答案為：在試管中加入少量樣品和NaOH固體加熱，在試管口用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，看到試紙變成藍色；
（6）稱取14.00g樣品，將其溶于水配置成100mL溶液，分成兩等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，過濾洗滌得到2.14g沉淀，應為Fe（OH）₃，
n（Fe（OH）₃）=$\frac{2.14g}{107g/mol}$=0.02mol，
向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反應，則n（SO₄^2-）=0.05mol，
所以14.00g樣品中含有Fe₂（SO₄）₃0.02mol，n（SO₄^2-）為0.1mol，則（NH₄）₂SO₄為0.1mol-0.02mol×3=0.04mol，
則m（H₂O）=14.00g-0.02mol×400g/mol-0.04mol×132g/mol=0.72g，
n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，
n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，
所以化學式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

點評 本題考查考查物質的分離、提純制備，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，注意根據物質的性質把握實驗原理和方法，難度較大．