Question

8．工業上常將廢舊鐵屑（表面有油污）回收利用，用以制備綠礬（FeSO₄•7H₂O），綠礬、硫酸銨以相等物質的量混合可制得摩爾鹽晶體，反應原理為：
（NH₄）₂SO₄+FeSO₄+6H₂O=（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O↓．其流程可表示如圖甲：

（1）洗滌中Na₂CO₃的主要作用是利用碳酸鈉溶液呈堿性，除去鐵表面的油污，請提出加快溶解的措施攪拌或加熱（任答一點即可）．
（2）結晶過程中要加熱蒸發溶劑，濃縮結晶．應加熱到加熱到溶液表面出現晶膜時，停止加熱．
（3）過濾是用如圖乙裝置進行，這種過濾跟普通過濾相比，除了過濾速度快外，還有一個優點是得到較干燥的沉淀．
（4）用無水乙醇洗滌的目的是除去水分，減少晶體溶解損失；容易干燥．
（5）產品中Fe²⁺的定量分析：制得的摩爾鹽樣品中往往含有極少量的Fe³⁺．為了測定摩爾鹽產品中Fe²⁺的含量，一般采用在酸性條件下KMnO₄標準液滴定的方法．稱取4.0g的摩爾鹽樣品，溶于水，并加入適量稀硫酸．用0.2mol•L^-1 KMnO₄溶液滴定，當溶液中Fe²⁺ 全部被氧化時，消耗KMnO₄溶液體積 10.00mL．
①寫出滴定時反應的離子方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②計算產品中Fe²⁺的質量分數（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 制取摩爾鹽晶體流程為：先利用碳酸鈉溶液呈堿性，除去鐵表面的油污，然后加稀硫酸溶解，鐵與稀硫酸反應生成亞鐵離子，加入硫酸銨發生（NH₄）₂ SO₄+FeSO₄+6H₂O=（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O↓，結晶過濾，摩爾鹽易溶于水，難溶于有機溶劑，用酒精洗滌摩爾鹽，得到摩爾鹽晶體．
（1）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-水解使Na₂CO₃溶液呈堿性，油脂在堿性溶液中水解，利用碳酸鈉溶液呈堿性，除去鐵表面的油污；加快溶解可通過攪拌或加熱實現；
（2）當有晶膜出現時，則停止加熱，防止摩爾鹽失水；
（3）過濾適用于不溶于水的固體和液體；減壓的操作優點是：可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；
（4）根據“相似相溶原理”可知摩爾鹽易溶于水，難溶于有機溶劑；
（5）①Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價升高1價；MnO₄^-+→Mn²⁺，錳元素降低5價，化合價升降最小公倍數為5，根據得失電子守恒、原子守恒書寫方程式；
②根據關系式5Fe²⁺～MnO₄^-，計算4g產品中Fe²⁺的物質的量，進而計算Fe²⁺的質量，再根據質量分數定義計算．

解答 解：制取摩爾鹽晶體流程為：先利用碳酸鈉溶液呈堿性，除去鐵表面的油污，然后加稀硫酸溶解，鐵與稀硫酸反應生成亞鐵離子，加入硫酸銨發生（NH₄）₂ SO₄+FeSO₄+6H₂O=（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O↓，結晶過濾，摩爾鹽易溶于水，難溶于有機溶劑，用酒精洗滌摩爾鹽，得到摩爾鹽晶體．
（1）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-水解CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，使Na₂CO₃溶液呈堿性，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質易于洗去，步驟1中加入10%Na₂CO₃溶液的主要作用是除去鐵屑表面的油污，攪拌、升溫都能加快水分子運動速度，也就能加快鹽與水的接觸機會，從而加快了鹽的溶解速率，
故答案為：利用碳酸鈉溶液呈堿性，除去鐵表面的油污；攪拌或加熱；
（2）濃縮結晶摩爾鹽時要用小火加熱，加熱濃縮初期可輕微攪拌，但注意觀察晶膜，若有晶膜出現，則停止加熱，防止摩爾鹽失水；更不能蒸發至干，蒸干時溶液中的雜質離子會被帶入晶體中，晶體可能會受熱分解或被氧化，
故答案為：加熱到溶液表面出現晶膜時；
（3）減壓過濾，利用大氣壓強原理，用減小壓力的方法加快過濾的速率，并能得到較干燥的沉淀，
故答案為：得到較干燥的沉淀；
（4）摩爾鹽易溶于水，不能用蒸餾水洗滌，但摩爾鹽屬于無機物難溶于有機物，乙醇易揮發，容易干燥；可用乙醇進行洗滌，洗去晶體表面的液體雜質，
故答案為：除去水分，減少晶體溶解損失；容易干燥；
（5）①測定摩爾鹽產品中Fe²⁺的含量，采用在酸性條件下KMnO₄標準液滴定，Fe²⁺→Fe³⁺，鐵元素化合價升高1價；MnO₄^-+→Mn²⁺，錳元素降低5價，化合價升降最小公倍數為5，故Fe²⁺+系數為5，MnO₄^- 系數為1，根據元素守恒可知Mn²⁺與Fe³⁺系數分別為1、5，根據電荷守恒可知缺項為H⁺，H⁺其系數為2+3×5-[2×5-1]=8，根據H元素守恒可知H₂O系數是4，所以反應離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；      
②測定摩爾鹽產品中Fe²⁺的含量，采用在酸性條件下KMnO₄標準液滴定，反應離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=1Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，令4g產品中Fe²⁺的物質的量為xmol，則：
5Fe²⁺～～～～～～MnO₄^-，
5               1
xmol        0.01L×0.2mol/L
所以x=$\frac{0.01×0.2mol/L×5}{1}$=0.01mol，所以4g產品中Fe²⁺的質量0.01mol×56g/mol=0.56g，所以4g產品中Fe²⁺的質量分數為$\frac{0.56g}{4g}$×100%=14%，
故答案為：14%．

點評 本題以莫爾鹽的制備為載體，考查鹽類水解、氧化還原反應、氧化還原反應滴定應用、物質分離提純等有關實驗操作以及在新情境下綜合運用知識解決問題的能力．題目難度較大，注意基礎知識的全面掌握．