Question

4．硫酸亞鐵銨又稱莫爾鹽，是淺綠色晶體．它在空氣中比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，是常用的Fe²⁺試劑．某實驗小組利用工業(yè)廢鐵屑制取莫爾鹽，并測定其組成，他們進行了以下實驗．
Ⅰ．莫爾鹽的制取

（把圖中“一定實驗步驟”換成“加熱蒸發(fā)、濃縮結晶”）
請回答下列問題．
（1）廢鐵屑中含氧化鐵，無需在制備前除去，理由是Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺（用離子方程式回答），實驗前都需將廢鐵屑放入碳酸鈉溶液中煮沸，傾倒出液體，用水洗凈鐵屑．從以下儀器中選擇組裝，完成該操作必需的儀器有③⑦ （填編號）．
①鐵架臺    ②玻璃棒    ③廣口瓶    ④石棉網    ⑤燒杯    ⑥漏斗  ⑦酒精燈
（2）步驟2中加熱方式水浴加熱（填“直接加熱”﹑“水浴加熱”或“沙浴”）；必須在鐵屑少量剩余時，進行熱過濾，其原因是防止Fe²⁺被氧化，同時熱過濾可防止硫酸亞鐵以晶體形式析出．
Ⅱ．莫爾鹽組成的測定
①將摩爾鹽低溫烘干后，稱取7.84 g加熱至100℃失去結晶水，質量變?yōu)?.68g． 
②選擇下圖所示的部分裝置連接起來，檢查氣密性后，將上述5.68g固體放入A裝置的錐形瓶中，再向錐形瓶中加入足量NaOH濃溶液，充分吸收產生的氣體并測出氣體質量為0.68g．
③向A中加入適量3%的H₂O₂溶液，充分振蕩后濾出沉淀，洗凈、干燥、灼燒后，測得其質量為1.6g．

根據(jù)上述實驗回答下列問題．
（3）步驟②中，選擇的裝置是A接C接D（填代號），A裝置中未使用分液漏斗的理由是NaOH溶液對分液漏斗活塞、旋塞的磨口腐蝕性強．
（4）向錐形瓶中加入NaOH溶液的操作方法是打開止水夾，緩慢推壓注射器活塞；吸收A中產生的氣體所用試劑應是H₂SO₄溶液．實驗小組的同學為保證A中產生的氣體被完全吸收以準確測量其質量，他們在A中反應停止后再進行的操作是用注射器向A中注入空氣，使裝置中的氨氣全部進入吸收液．
（5）根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)計算，摩爾鹽中n（N${H}_{4}^{+}$）：n（Fe²⁺）：n（S${O}_{4}^{2-}$）：n（H₂O）=2：1：2：6．

Answer 1

分析 （1）從濾液到得到晶體需要加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥等過程；步驟是溶液的加熱和過濾，結合加熱與過濾基本操作選擇儀器；
（2）水浴加熱便于控制溫度；亞鐵離子易被氧化，少量鐵還原氧化生成的Fe³⁺；FeSO₄在溫度低時溶解度較小；
（3）莫爾鹽與氫氧化鈉溶液反應生成氨氣，可用稀硫酸吸收，注意防止倒吸，氫氧化鈉具有強腐蝕性，可與二氧化硅反應；
（4）加入氫氧化鈉溶液時，應先打開止水夾，緩慢推壓注射器活塞，用稀硫酸吸收氨氣，為保證氣體完全吸收，可用注射器向A中注入空氣；
（5）由題給數(shù)據(jù)可知7.84g摩爾鹽中m（H₂O）=7.84g-5.68g=2.16g，生成的m（NH₃）=0.68g，m（Fe₂O₃）=1.6g，以此可確定SO₄^2-的質量以及n（NH₄⁺）：n（Fe²⁺）：n（（SO₄^2-）：n（H₂O）的比值．

解答 解：（1）廢鐵中含氧化鐵，無需制備前除去，因最終溶液是FeSO₄溶液，氧化鐵和硫酸生成硫酸鐵、鐵和硫酸鐵生成硫酸亞鐵，離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，步驟是溶液的加熱和過濾，需要的儀器有：鐵架臺、燒杯、玻璃棒、酒精燈、石棉網，故不需要廣口瓶、漏斗，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；③⑦；
（2）步驟二實驗需要溫度為：70～75℃，采用水浴加熱便于控制溫度；亞鐵離子易被氧化，少量鐵可還原氧化生成的Fe³⁺，減少產物中的Fe³⁺雜質，如果不趁熱過濾就會有FeSO₄•7H₂O析出；
故答案為：水浴加熱；防止Fe²⁺被氧化，同時熱過濾可防止硫酸亞鐵以晶體形式析出；
（3）莫爾鹽與氫氧化鈉溶液反應生成氨氣，生成氨氣先用堿石灰干燥，以除去水，然后用稀硫酸在D裝置內吸收氨氣，以防止倒吸，氫氧化鈉具有強腐蝕性，可與二氧化硅反應，則可用注射器加入氫氧化鈉溶液，
故答案為：C；D； NaOH溶液對分液漏斗活塞、旋塞的磨口腐蝕性強；
（4）加入氫氧化鈉溶液時，應先打開止水夾，緩慢推壓注射器活塞，用稀硫酸吸收氨氣，為保證氣體完全吸收，可用注射器向A中注入空氣，使裝置中的氨氣全部進入吸收液，
故答案為：打開止水夾，緩慢推壓注射器活塞；H₂SO₄溶液；用注射器向A中注入空氣，使裝置中的氨氣全部進入吸收液；
（5）由題給數(shù)據(jù)可知7.84g摩爾鹽中m（H₂O）=7.84g-5.68g=2.16g，n（H₂O）=$\frac{2.16g}{18g/mol}$=0.12mol，
生成的m（NH₃）=0.68g，m（Fe₂O₃）=1.6g，
則n（NH₃）=$\frac{0.68g}{17g/mol}$=0.04mol，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，
則m（NH₄⁺）=0.04mol×18g/mol=0.72g，m（Fe²⁺）=0.02mol×56g/mol=1.12g，
則m（SO₄^2-）=7.84g-2.16g-0.72g-1.12g=3.84g，
n（SO₄^2-）=$\frac{3.84g}{96g/mol}$=0.04mol，
所以n（NH₄⁺）：n（Fe²⁺）：n（（SO₄^2-）：n（H₂O）=0.04mol：0.02mol：0.04mol：0.12mol=2：1：2：6，
故答案為：2：1：2：6．

點評 本題考查物質的含量測定，側重于學生的分析能力、計算能力和實驗能力的考查，題目難度不大，注意把握相關實驗基本方法和注意事項．