Question

20．某化學興趣小組擬用圖裝置制備氫氧化亞鐵并觀察其顏色．提供化學藥品：鐵屑、稀硫酸、氫氧化鈉溶液．
（1）稀硫酸應放在1中（填寫儀器名稱）．
（2）本實驗通過控制A、B、C三個開關，將儀器中的空氣排盡后，再關閉開關B、打開開關AC就可觀察到氫氧化亞鐵的顏色．試分析實驗開始時排盡裝置中空氣的理由防止生成的氫氧化亞鐵被氧化
（3）在FeSO₄溶液中加入（NH₄）₂SO₄固體可制備摩爾鹽晶體[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]（相對分子質量392），該晶體比一般亞鐵鹽穩定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇．
①為洗滌（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O粗產品，下列方法中最合適的是D
A．用冷水洗                    B．先用冷水洗，后用無水乙醇洗
C．用30%的乙醇溶液洗          D．用90%的乙醇溶液洗
②為了測定產品的純度，稱取a g產品溶于水，配制成500mL溶液，用濃度為c mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定．每次所取待測液體積均為25.00mL，實驗結果記錄如下：

實驗次數	第一次	第二次	第三次
消耗高錳酸鉀溶液體積/mL	25.52	25.02	24.98

滴定過程中發生反應的離子方程式為MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O
滴定終點的現象是最后一滴滴入，溶液由無色變為淺紫色，且30s不變色
通過實驗數據計算的該產品純度為$\frac{980c}{a}$×100%（用字母ac表示）．
上表中第一次實驗中記錄數據明顯大于后兩次，其原因可能是BC
A．實驗結束時俯視刻度線讀取滴定終點時酸性高錳酸鉀溶液的體積
B．滴定前滴定管尖嘴有氣泡，滴定結束無氣泡
C．第一次滴定用的錐形瓶用待裝液潤洗過，后兩次未潤洗
D．該酸性高錳酸鉀標準液保存時間過長，有部分變質，濃度降低．

Answer 1

分析 用右圖裝置制備氫氧化亞鐵并觀察其顏色．提供化學藥品：鐵粉、稀硫酸、氫氧化鈉溶液，結合裝置分析可知，開啟BC，關閉A，需要在三頸瓶2中加入鐵單質，分液漏斗中是稀硫酸，利用反應生成氫氣排凈裝置中的空氣，可以收集C處的氣體檢驗是否是純凈的氫氣，將儀器中的空氣排盡后，然后關閉B，開啟AC，利用生成的氫氣在裝置2中壓強增大，把硫酸亞鐵溶液壓入裝置3的氫氧化鈉溶液中，反應生成白色氫氧化亞鐵白色沉淀，可觀察到氫氧化亞鐵的顏色為白色沉淀，
（1）分析可知分液漏斗中為稀硫酸，和裝置2中的鐵反應生成硫酸亞鐵和氫氣；
（2）結合裝置分析可知，開啟BC，關閉A，需要在三頸瓶2中加入鐵單質，分液漏斗中是稀硫酸，利用反應生成氫氣排凈裝置中的空氣，可以收集C處的氣體檢驗是否是純凈的氫氣，將儀器中的空氣排盡后，然后關閉B，開啟AC，利用生成的氫氣在裝置2中壓強增大，把硫酸亞鐵溶液壓入裝置3的氫氧化鈉溶液中，反應生成白色氫氧化亞鐵白色沉淀，防止生成的氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣氧化；
（3）①依據該晶體比一般亞鐵鹽穩定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇分析，洗滌不能溶解產品，不能引入新的雜質；
②稱取a g產品溶于水，配制成500mL溶液，用濃度為c mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，發生的反應為高錳酸鉀溶液氧化亞鐵離子為鐵離子；
反應終點的判斷可以利用高錳酸鉀溶液的紫紅色判斷，滴入最后一滴溶液變化為紫紅色，半分鐘內不變，證明反應達到終點；
依據反應的定量關系計算亞鐵離子物質的量，得到（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的質量，計算純度，高錳酸鉀溶液的體積第一次誤差較大，應舍去；
A．實驗結束時俯視刻度線讀取滴定終點時酸性高錳酸鉀溶液的體積，液面被提高，讀取體積減小；
B．滴定前滴定管尖嘴有氣泡，滴定結束無氣泡測定溶液體積增大；
C．第一次滴定用的錐形瓶用待裝液潤洗過，后兩次未潤洗，待裝液潤洗會增多消耗高錳酸鉀溶液的體積，測定結果增大；
D．三次使用的高錳酸鉀都是一樣的，消耗的高錳酸鉀體積應是相同的．

解答 解：（1）此實驗目的是制備氫氧化亞鐵，先用鐵和稀硫酸反應制備硫酸亞鐵，此反應在裝置2中進行，稀硫酸是溶液，應盛放在分液漏斗中，即應盛放在1處，
故答案為：1；
（2）打開B、C，關閉A，利用裝置2中產生的氫氣，把裝置3中的空氣排盡，使裝置處于還原氛圍，然后關閉B，打開A，產生氣體壓強增大，把產生的FeSO₄，壓入到裝置3中，產生Fe（OH）₂，氫氧化亞鐵溶液被空氣中的氧氣所氧化，生成氫氧化鐵，對氫氧化亞鐵顏色的觀察產生干擾，所以要排除裝置中的空氣，防止生成的氫氧化亞鐵被氧化，
故答案為：B；AC；防止生成的氫氧化亞鐵被氧化；
（3）①因為硫酸亞鐵銨易溶于水，不溶于乙醇，應該用乙醇洗滌，減少硫酸亞鐵銨的溶解，同時利用乙醇和水互溶，從而達到洗滌的要求，故選D，
故答案為：D；
②利用高錳酸鉀的強氧化性，Fe²⁺的強還原性，兩者發生氧化還原反應，Fe²⁺被氧化成Fe³⁺↑1，Mn由+7價→+2↓5，最小公倍數5，根據原子個數、電荷守恒，即MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，向溶液中滴加中高錳酸鉀，高錳酸鉀顯紫紅色，因此滴定到終點：最后一滴滴入，溶液由無色變為淺紫色，且30s不變色，因為第一次與第二次、第三次相差較大，忽略不計，消耗高錳酸鉀溶液的體積為$\frac{25.02+24.98}{2}$ml=25mL，根據離子反應方程式，得出：n[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]=5n（KMnO₄）=25×10^-3×c×5mol，則500mL溶液中含有n[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]=25×10^-3×c×5×500/25mol=2.5cmol，
所以質量分數=2.5c×$\frac{392}{a}$×100%=$\frac{980c}{a}$×100%，
A、俯視讀數，造成所讀的數偏小，故錯誤；
B、滴定管尖嘴有氣泡，滴定結束無氣泡，所消耗的液體體積增加，故正確；
C、錐形瓶用待測液潤洗，待測液的物質的量增加，則消耗高錳酸鉀的體積增加，故正確；
D、三次使用的高錳酸鉀都是一樣的，消耗的高錳酸鉀體積應是相同的，故D錯誤．
故答案為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；最后一滴滴入，溶液由無色變為淺紫色，且30s不變色；$\frac{980c}{a}$×100%；BC．

點評 本題考查了氫氧化亞鐵制備的非常規制備方法和實驗過程分析判斷，滴定實驗的注意問題和計算應用，注意掌握物質性質，實驗過程的理解應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．