Question

13．檸檬酸亞鐵（FeC₆H₆O₇）是一種易吸收的高效鐵制劑，可由綠礬（FeSO₄•7H₂O）通過下列反應(yīng)制備：
FeSO₄+Na₂CO₃═FeCO₃↓+Na₂SO₄，F(xiàn)eCO₃+C₆H₈O₇═FeC₆H₆O₇+CO₂↑+H₂O
下表列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8

（1）制備FeCO₃時(shí)，選用的加料方式是c（填字母）．
a．將FeSO₄溶液與Na₂CO₃溶液同時(shí)加入到反應(yīng)容器中
b．將FeSO₄溶液緩慢加入到盛有Na₂CO₃溶液的反應(yīng)容器中
c．將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應(yīng)容器中
（2）生成的FeCO₃沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)洗滌是否完全的方法取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈．
（3）將制得的FeCO₃加入到足量檸檬酸溶液中，再加入少量鐵粉，80℃下攪拌反應(yīng)．
①鐵粉的作用是防止+2價(jià)的鐵元素被氧化．
②反應(yīng)結(jié)束后，無需過濾，除去過量鐵粉的方法是加入適量檸檬酸讓鐵粉反應(yīng)完全．
（4）最后溶液經(jīng)濃縮、加入適量無水乙醇、靜置、過濾、洗滌、干燥，獲得檸檬酸亞鐵晶體．分離過程中加入無水乙醇的目的是降低檸檬酸亞鐵在水中的溶解量，有利于晶體析出．
（5）某研究性學(xué)習(xí)小組欲從硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出發(fā)，先制備綠礬，再合成檸檬酸亞鐵．結(jié)合圖中的綠礬溶解度曲線，完成由燒渣制備綠礬晶體的操作．

試劑i鐵粉，加入試劑i反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．操作a為加熱到60℃濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．

Answer 1

分析 （1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反應(yīng)制備FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液堿性很強(qiáng)，可能會(huì)生成Fe（OH）₂沉淀，為避免生成Fe（OH）₂沉淀，如果將Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，F(xiàn)e²⁺是過量的，并且FeSO₄溶液為酸性，F(xiàn)e²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易與Fe²⁺結(jié)合為沉淀析出，因此應(yīng)將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應(yīng)容器中；
（2）判斷沉淀是否洗凈的方法：取最后一次洗滌的濾液，檢測(cè)濾液中是否存在未洗滌干凈的雜質(zhì)．首先要弄清沉淀上的雜質(zhì)是什么，然后再去檢測(cè)里面的離子．本題中FeCO₃的制備是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反應(yīng)，因而沉淀表面可能會(huì)有Na₂SO₄雜質(zhì)，因而應(yīng)該檢驗(yàn)最后一次洗滌濾液中是否含有SO₄^2-，即該題便轉(zhuǎn)化成SO₄^2-的檢驗(yàn)；
（3）因+2的Fe元素易被空氣中的氧氣氧化，制備檸檬酸亞鐵過程中應(yīng)盡量避免與氧氣接觸．加入鐵粉的目的就是與檸檬酸反應(yīng)產(chǎn)生H₂，形成一個(gè)無氧的環(huán)境．除去過量的鐵粉可直接加入適量的檸檬酸，反應(yīng)也生成了需要的產(chǎn)品檸檬酸亞鐵，不會(huì)引入雜質(zhì)．
（4）最后的溶液經(jīng)濃縮形成檸檬酸亞鐵的飽和溶液，要得到盡可能多的檸檬酸亞鐵晶體，可加入無水乙醇，可以降低檸檬酸亞鐵的溶解度，從而獲得更多的產(chǎn)品．
（5）由硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制備FeSO₄•7H₂O晶體，向燒渣中加入足量的稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃均會(huì)與硫酸反應(yīng)，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反應(yīng)，先過濾把SiO₂除去，然后向?yàn)V液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺，根據(jù)金屬離子沉淀的pH值，然后通過滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至5.0把Al³⁺除去，過濾，即得到FeSO₄溶液，再根據(jù)綠礬溶解度曲線，60℃時(shí)綠礬的溶解度最大，可加熱濃縮到60℃的飽和溶液，然后放在冰水中冷卻，冷卻結(jié)晶至0℃，此時(shí)析出的晶體是最多的，之后過濾，洗滌，低溫烘干．

解答 解：（1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反應(yīng)制備FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液堿性很強(qiáng)，可能會(huì)生成Fe（OH）₂沉淀，如果將Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，F(xiàn)e²⁺是過量的，并且FeSO₄溶液為酸性，F(xiàn)e²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易與Fe²⁺結(jié)合為沉淀析出，因此為避免生成Fe（OH）₂沉淀，應(yīng)將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應(yīng)容器中，故選c；
（2）判斷沉淀是否洗凈的方法：取最后一次洗滌的濾液，檢測(cè)濾液中是否存在未洗滌干凈的雜質(zhì)．首先要弄清沉淀上的雜質(zhì)是什么，然后再去檢測(cè)里面的離子．本題中FeCO₃的制備是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反應(yīng)，因而沉淀表面可能會(huì)有Na₂SO₄雜質(zhì)，因而應(yīng)該檢驗(yàn)最后一次洗滌濾液中是否含有SO₄^2-，即該題便轉(zhuǎn)化成SO₄^2-的檢驗(yàn)．具體操作為：取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈；
故答案為：取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈；
（3）①因+2的Fe元素易被空氣中的氧氣氧化，制備檸檬酸亞鐵過程中應(yīng)盡量避免與氧氣接觸．加入鐵粉的目的就是與檸檬酸反應(yīng)產(chǎn)生H₂，形成一個(gè)無氧的環(huán)境，
故答案為：防止+2價(jià)的鐵元素被氧化；
②除去過量的鐵粉可直接加入適量的檸檬酸，反應(yīng)也生成了需要的產(chǎn)品檸檬酸亞鐵，不會(huì)引入雜質(zhì)；
故答案為：加入適量檸檬酸讓鐵粉反應(yīng)完全；
（4）最后的溶液經(jīng)濃縮形成檸檬酸亞鐵的飽和溶液，要得到盡可能多的檸檬酸亞鐵晶體，可加入無水乙醇，可以降低檸檬酸亞鐵的溶解度，從而獲得更多的產(chǎn)品；
故答案為：降低檸檬酸亞鐵在水中的溶解量，有利于晶體析出；
（5）由硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制備FeSO₄•7H₂O晶體，要弄清楚流程中每一步的原理和注意事項(xiàng)．向燒渣中加入足量的稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃均會(huì)與硫酸反應(yīng)，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反應(yīng)，先過濾把SiO₂除去，然后向?yàn)V液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉(zhuǎn)化成Fe²⁺，所以試劑i為鐵粉，反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，根據(jù)金屬離子沉淀的pH值，然后通過滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至5.0把Al³⁺除去，過濾，即得到FeSO₄溶液，再根據(jù)綠礬溶解度曲線，60℃時(shí)綠礬的溶解度最大，可加熱濃縮到60℃的飽和溶液，然后放在冰水中冷卻，冷卻結(jié)晶至0℃，此時(shí)析出的晶體是最多的，之后過濾，洗滌，低溫烘干，所以操作a為加熱到60℃濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，
故答案為：鐵粉；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺； 加熱到60℃濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生在新情境下物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)中基本的實(shí)驗(yàn)技能和對(duì)教材相關(guān)實(shí)驗(yàn)的理解的遷移能力，中檔題難度偏大，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)技能是解題關(guān)鍵．