Question

一次趣味化學活動中，王老師向同學們展示了一瓶標簽受損的無色溶液，如圖所示．要求同學們進行探究：確認這瓶溶液究竟是什么溶液？
【提出猜想】王老師提示：這瓶無色溶液只能是下面四種溶液中的一種：
①硫酸鎂溶液②硫酸鈉溶液③硫酸溶液④硫酸銨溶液
【查閱資料】（1）常溫下，相關物質(zhì)的溶解度如下：

物質(zhì)	MgSO4	Na2SO4	（NH4）2SO4	H2SO4
溶解度	35.1g	19.5g	75.4g	與水以任意比互溶

（2）（NH₄）₂SO₄的水溶液顯酸性
（3）含NH₄⁺的鹽與堿混合受熱，會放出NH₃
【實驗探究】（1）通過查閱資料，小明同學認為猜想②不成立，原因是______．
（2）為確定其他幾種猜想是否正確，小明同學繼續(xù)進行探究：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
①取該溶液少許于試管中，向其中滴加幾滴______溶液	溶液中有白色沉淀生成	猜想①成立
②用玻璃棒蘸取少許原溶液滴在pH試紙上，和比色卡對照	溶液的pH小于7	猜想③成立

小雅同學認為小明實驗操作②的結(jié)論不正確，她的理由是______．
（3）請你設計實驗方案，確認該溶液是硫酸銨溶液并完成實驗報告：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
取該溶液少許于試管中， ______	______	猜想④成立，該反應的化學方程式______

（4）定量探究
硫酸銨的制備：工業(yè)上用硫鐵礦（主要成分是FeS₂），經(jīng)過沸騰焙燒爐內(nèi)通空氣燃燒生成SO₂和Fe₂O₃，SO₂經(jīng)催化劑和氧氣的共同作用在接觸室內(nèi)轉(zhuǎn)化為SO₃，最后SO₃在吸收塔內(nèi)和水的共同作用轉(zhuǎn)化為H₂SO₄．實驗室就是用制得H₂SO₄溶液中通NH₃相互化合制得一瓶上述132g20%（NH₄）₂SO₄溶液．（反應中不考慮物質(zhì)的損耗）思考：①在工業(yè)上要把硫鐵礦先碾成粉末再反應的原因是______．②要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量是______ g．

Answer 1

解：【實驗探究】（1）某溫度下飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的值不會大于該溫度下溶質(zhì)的溶解度，常溫下硫酸鈉的溶解度為19.5g，則常溫下它的飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)=×100%＜20.0%，因此，該溶液不可能是硫酸鈉，故猜想②不成立；
（2）硫酸鎂、硫酸、硫酸銨三種物質(zhì)中只有硫酸鎂能與堿溶液氫氧化鈉溶液形成氫氧化鎂沉淀，因此，觀察到出現(xiàn)白色沉淀就可判斷溶液為硫酸鎂溶液，說明所使用的試劑為氫氧化鈉溶液；由于硫酸溶液、硫酸銨溶液都呈酸性的原因，測出溶液的pH小于7時，并不能就斷定溶液為硫酸溶液，也可能是硫酸銨溶液；
（3）只要檢驗出溶液中含有銨根離子即可說明溶液為硫酸銨，因此可取溶液加入少量氫氧化鈉溶液，然后在試管口放一張濕潤的紅色石蕊試紙，觀察到有刺激性氣味氣體產(chǎn)生、試紙變成藍色，即可說明溶液中含有銨根離子，可確認溶液為硫酸銨溶液；
（4）①在工業(yè)上要把硫鐵礦先碾成粉末可以促進硫鐵礦的燃燒，原因是增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；
②解：根據(jù)反應的過程涉及的方程式為：4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂； 2SO₂+O₂2SO₃； SO₃+H₂O═H₂SO₄；2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄；因此FeS₂和（NH₄）₂SO₄的反應關系是
設需要含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量為x，
FeS₂ ～2（NH₄）₂SO₄
120 2×132
40%x 132g×20%
=
解之得：x=30g，
答：要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量是30g．
故答案為：
【實驗探究】（1）常溫下Na₂SO₄溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不可能達到20%；
（2）①NaOH；（NH₄）₂SO₄溶液也呈酸性；
（3）

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
向試管中加入少量的NaOH溶液，然后將濕潤的紅色石蕊試紙放在試管口	有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，紅色石蕊試紙變藍	（NH4）2SO4+2NaOH =Na2SO4+2NH3↑+2H2O

（4）①增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；②30．
分析：【實驗探究】（1）根據(jù)溶解度與飽和溶液的質(zhì)量分數(shù)的關系，利用飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為該溫度下該溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最大值，由硫酸鈉的溶解度為19.5g而標簽上標明溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為20.0%，可判斷猜想②溶液為硫酸鈉溶液是不成立的；
（2）通過滴加某試劑觀察到出現(xiàn)白色沉淀而判斷溶液為硫酸鎂，根據(jù)三種溶液中溶質(zhì)化學性質(zhì)的差異，可判斷所滴加溶液應為堿溶液如氫氧化鈉溶液；根據(jù)硫酸溶液和硫酸銨溶液都呈酸性的特點，可判斷由pH小于7就得出溶液為硫酸溶液的說法不能成立；
（3）根據(jù)硫酸銨溶液中含有銨根的特殊性，可通過檢驗銨根的存在而確認溶液為硫酸銨；
（4）根據(jù)促進燃燒的方法分析；根據(jù)硫元素守恒，利用關系式列式計算，反應的關系式為：FeS₂～（NH₄）₂SO₄進行計算．
點評：本題涉及基礎知識和技能較多，熟練掌握飽和溶液溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與溶解度的關系、銨根的檢驗、溶液酸堿性與pH關系等知識是解答本題的關鍵．