Question

12．綠礬（FeSO₄•7H₂O）是治療缺鐵性貧血的特效藥．下面是以商品級純度鐵屑（含少量錫等雜質）生產綠礬的一種方法：

已知：在H₂S飽和溶液中，SnS沉淀完全時溶液的pH為1.6；FeS開始沉淀時溶液的pH為3.0，沉淀完全時的pH為5.5．
回答下列問題：
（1）操作Ⅱ中用硫酸酸化至pH=2且通入硫化氫至飽和的目的是：
①除去操作I所得溶液中含有的Sn²⁺等雜質離子；
②使Sn²⁺完全變成SnS沉淀，而Fe²⁺不沉淀；
③防止Fe²⁺的氧化．
（2）操作IV的順序依次為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌．
（3）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌，其目的是：
①除去晶體表面附著的硫酸等雜質；
②降低洗滌過程中FeSO₄•7H₂O的損耗．
（4）測定綠礬產品中Fe²⁺含量的方法是：a．稱取8.680g綠礬產品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；c．用硫酸酸化的0.02000mol/L KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為30.00mL（滴定時發生反應的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
①計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數為96.08%．（結果保留4位有效數字）（FeSO₄•7H₂O的摩爾質量為278g/mol）
②若用上述方法測定的樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數偏低（測定過程中產生的誤差可忽略），其可能原因有：樣品中存在少量的雜質、樣品部分被氧化．

Answer 1

分析 鐵屑用硫酸溶解，會生成硫酸亞鐵、硫酸錫，過濾除去不溶物，濾液中加入稀硫酸酸化，并通入硫化氫，可生成SnS沉淀并防止亞鐵離子被氧化，過濾分離，得到濾液為硫酸亞鐵，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作可得到FeSO₄•7H₂O．
（1）通入硫化氫至飽和，除去雜質離子Sn²⁺，硫化氫是強還原劑，還原鐵離子，防止亞鐵離子被氧化；
（2）操作IV是從濾液中析出綠礬晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等；
（3）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌，洗去表面雜質，溫度降低綠礬溶解度降低，減少綠礬晶體的損失；
（4）①根據方程式計算n（Fe²⁺），而n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺），再計算FeSO₄•7H₂O的質量，進而計算樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數；
②樣品中存在少量的雜質（如H₂O、H₂SO₄等），樣品中亞鐵離子部分被氧化等，會導致FeSO₄•7H₂O的質量分數偏低．

解答 解：鐵屑用硫酸溶解，會生成硫酸亞鐵、硫酸錫，過濾除去不溶物，濾液中加入稀硫酸酸化，并通入硫化氫，可生成SnS沉淀并防止亞鐵離子被氧化，過濾分離，得到濾液為硫酸亞鐵，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作可得到FeSO₄•7H₂O．
（1）在H₂S飽和溶液中，SnS沉淀完全時溶液的pH為1.6；FeS開始沉淀時溶液的pH為3.0，沉淀完全時的pH為5.5，操作Ⅱ在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是，在溶液PH=2時，Sn²⁺完全沉淀，亞鐵離子不沉淀，通入硫化氫至飽和的目的是：硫化氫具有強還原性，可以防止亞鐵離子被氧化，
故答案為：使Sn²⁺完全變成SnS沉淀，而Fe²⁺不沉淀；防止Fe²⁺的氧化；
（2）操作IV是從濾液中析出綠礬晶體，需要經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌等，
故答案為：蒸發濃度、冷卻結晶；
（3）綠礬晶體表明附著雜質，用少量冰水可以洗去沉淀表面的雜質離子，溫度降低綠礬溶解度降低，減少綠礬因溶解導致的損失，
故答案為：降低洗滌過程中FeSO₄•7H₂O的損耗；
（4）①由 5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，可知25mL溶液中n（Fe²⁺）=5n（MnO₄^-）=5×0.02000mol/L×0.0300L=0.003mol，則250mL溶液中含Fe²⁺=0.003mol×$\frac{250mL}{25mL}$=0.03mol，
n（FeSO₄•7H₂O）=n（Fe²⁺）=0.03mol，其質量=0.03mol×278g/mol=8.34g；
樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數質量分數=$\frac{8.34g}{8.68g}$×100%=96.08%；
故答案為：96.08%；
②用上述方法測定的樣品中FeSO₄•7H₂O的質量分數偏低（測定過程中產生的誤差可忽略），其可能原因是洗滌不徹底，樣品中存在少量的雜質（如H₂O、H₂SO₄等），或亞鐵離子被空氣中的氧氣部分氧化等，
故答案為：樣品部分被氧化．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、對原理的分析評價、條件控制、物質含量測定等，注意對題目信息運用，熟練掌握元素化合物知識，有利于培養學生分析能力、實驗能力，難度中等．