Question

14．某校化學學科研究小組利用鐵屑、稀硫酸和硫酸銨制備摩爾鹽（硫酸亞鐵銨），具體實驗步驟如下：
A．Fe屑的處理和稱量
操作：稱取約5g鐵屑，放入錐形瓶，加入15mL10%Na₂CO₃溶液，小火加熱10min將剩余的堿液倒掉，用蒸餾水把Fe沖洗干凈，干燥后稱其質量，備用．
（1）Na₂CO₃溶液的作用是除去鐵屑表面的油污；將剩余的堿液倒掉的方法通常是傾析法．
B．FeSO₄的制備
操作：將稱量好的Fe屑放入錐形瓶中，加入25mL 3mol•L^-1 H₂SO₄，放在水浴中加熱至不再有氣體生成為止，再加入1mL 3mol•L^-1H₂SO₄，趁熱過濾，將濾液轉移至蒸發皿中．
（2）趁熱過濾的目的是FeSO₄從溶液中析出，反應結束時再加入1mL 3mol•L^-1 H₂SO₄，保持pH＜1，其作用是防止FeSO₄被氧化和抑制銨根離子和亞鐵離子水解．
C．（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的制備
操作：稱取一定量的（NH₄）₂SO₄并將其加入上面實驗的蒸發皿中，緩緩加熱，放置冷卻，得到硫酸亞鐵銨的晶體．抽濾、洗滌、干燥、稱量．
（3）緩慢加熱，濃縮至濃縮至液體表面出現晶膜為止停止加熱；制得的晶體過濾后用C洗滌．
A、蒸餾水   B、飽和食鹽水   C、無水乙醇    D、濾液
（4）硫酸亞鐵銨溶液中離子濃度的大小關系c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）
（5）產品中可能存在雜質NH₄Fe（SO₄）₂．寫出NH₄Fe（SO₄）₂溶液與過量Ba（OH）2溶液反應的離子方程式NH₄⁺+Fe³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-=2BaSO₄↓+Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O．
D．（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6HO的用途
硫酸亞鐵銨較綠礬穩定，在氧化還原滴定分析中常用來配制Fe²⁺的標準溶液．現取0.400g Cu₂S和CuS的混合物在酸性溶液中用70.0mL  0.100mol•L^-1 KMnO₄溶液處理，發生反應如下：
2MnO₄^-+Cu₂S+8H⁺═2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O
8MnO₄^-+5CuS+24H⁺═5Cu²⁺+5SO₄^2-+8Mn²⁺+12H₂O
反應后剩余的KMnO₄恰好用V mL  0.500mol•L^-1 （NH₄）₂SO₄•FeSO₄溶液完全反應．
已知：
MnO₄^-+Fe²⁺+H⁺-Fe³⁺+Mn²⁺+H₂O（未配平），
（6）盛KMnO₄溶液常用酸式滴定管；V的取值范圍3.3mL～20mL（mL，小數點后保留1位）．

Answer 1

分析 （1）根據碳酸鈉溶液為堿性溶液，能夠除去油污分析；鐵的密度比較大且不溶于水，據此判斷剩余的堿液倒掉的方法
（2）溫度越高，硫酸亞鐵銨的溶解度越大；亞鐵離子在pH值較大時容易被氧化，銨根離子和亞鐵離子易水解，據此分析；
（3）從溶液中得到硫酸亞鐵銨的晶體，可以用蒸發濃縮、降溫結晶的方法，但當有晶膜出現時，則停止加熱，防止莫爾鹽失水；在洗滌時要除去可溶性雜質的同時防止晶體溶解而損失；
（4）硫酸亞鐵銨溶液中亞鐵離子和銨根離子都能水解，使溶液呈酸性；
（5）NH₄Fe（SO₄）₂溶液與過量Ba（OH）₂溶液反應生成氨氣、硫酸鋇和氫氧化鐵沉淀，根據電荷守恒和元素守恒書寫離子方程式；
（6）KMnO₄溶液具有強氧化性，能氧化乳膠管，根據反應2MnO₄^-+Cu₂S+8H⁺═2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；8MnO₄^-+5CuS+24H⁺═5Cu²⁺+5SO₄^2-+8Mn²⁺+12H₂O可得關系式2MnO₄^-～Cu₂S、8MnO₄^-～5CuS，根據0.400g Cu₂S和CuS的混合物消耗KMnO₄溶液的物質的量的范圍可確定（NH₄）₂SO₄•FeSO₄的物質的量，進而確定溶液的體積；

解答 解：（1）Na₂CO₃溶液是一種堿性溶液，根據對原料除雜要求，不難推出該過程是除去原料上的油污，升高溫度，促進了Na₂CO₃的水解，溶液堿性增強，去油污能力增強；鐵的密度比較大且不溶于水，所以將剩余的堿液倒掉的方法通常是傾析法，
故答案為：除去鐵屑表面的油污；傾析法；
（2）溫度較高條件下硫酸亞鐵的溶解度較大，所以趁熱過濾的目的是防止FeSO₄從溶液中析出，保持pH＜1，其作用是防止FeSO₄被氧化和抑制銨根離子和亞鐵離子水解，
故答案為：FeSO₄從溶液中析出；防止FeSO₄被氧化和抑制銨根離子和亞鐵離子水解；
（3）從溶液中得到硫酸亞鐵銨的晶體，可以用蒸發濃縮、降溫結晶的方法，但當有晶膜出現時，則停止加熱，防止莫爾鹽失水；在洗滌時要除去可溶性雜質的同時防止晶體溶解而損失，所以要用無水乙醇洗滌，故選C，
故答案為：濃縮至液體表面出現晶膜；C；
（4）硫酸亞鐵銨溶液中亞鐵離子和銨根離子都能水解，使溶液呈酸性，根據（NH₄）₂SO₄•FeSO₄的化學式利用元素守恒，可知溶液中離子濃度的大小關系是c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（5）NH₄Fe（SO₄）₂溶液與過量Ba（OH）₂溶液反應生成氨氣、硫酸鋇和氫氧化鐵沉淀，反應的離子方程式為NH₄⁺+Fe³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-=2BaSO₄↓+Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O，
故答案為：NH₄⁺+Fe³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^-=2BaSO₄↓+Fe（OH）₃↓+NH₃•H₂O；
（6）KMnO₄溶液具有強氧化性，能氧化乳膠管，所以盛KMnO₄溶液常用酸式滴定管，根據反應2MnO₄^-+Cu₂S+8H⁺═2Cu²⁺+SO₄^2-+2Mn²⁺+4H₂O；8MnO₄^-+5CuS+24H⁺═5Cu²⁺+5SO₄^2-+8Mn²⁺+12H₂O可得關系式2MnO₄^-～Cu₂S、8MnO₄^-～5CuS，假設0.400g樣品都為 Cu₂S，則消耗KMnO₄溶液的物質的量為$\frac{0.400×2}{160}$mol=0.005mol，剩余的KMnO₄的物質的量為0.007mol-0.005mol=0.002mol，假設0.400g樣品都為 CuS，則消耗KMnO₄的物質的量為$\frac{8×0.4}{5×96}$mol=0.00667mol，剩余的KMnO₄的物質的量為0.007mol-0.00667mol=0.00033mol，則剩余的KMnO₄的物質的量范圍為0.00033mol～0.002mol，根據MnO₄^-～5Fe²⁺可確定（NH₄）₂SO₄•FeSO₄的物質的量的范圍為0.00165mol～0.01mol，進而確定溶液的體積V的取值范圍是$\frac{0.00165}{0.5}$L～$\frac{0.01}{0.5}$L，即為3.3mL～20mL，
故答案為：酸；3.3mL～20mL．

點評 本題以硫酸亞鐵銨晶體的制備為載體，主要考查了除雜提純的基本操作、對實驗步驟原理和目的分析評價、對裝置的分析評價等，明確原理是解題關鍵，弄清所發生的化學反應及鐵元素存在形態的變化，題目難度中等．