Question

3．硫酸鐵銨[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O]廣泛用于城鎮(zhèn)生活飲用水、工業(yè)循環(huán)水的凈化處理等．某化工廠以硫酸亞鐵（含少量硝酸鈣）和硫酸銨為原料，設(shè)計(jì)了如下工藝流程制取硫酸鐵銨．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）硫酸亞鐵溶液加 H₂SO₄酸化的主要目的是增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，同時(shí)抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，濾渣A的主要成分是CaSO₄．
（2）下列物質(zhì)中最適合的氧化劑B是b；反應(yīng)的離子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O．
a．NaClO          b．H₂O₂       c．KMnO₄         d．K₂Cr₂O₇
（3）操作甲、乙的名稱分別是：甲冷卻結(jié)晶，乙常溫晾干．
（4）檢驗(yàn)硫酸鐵銨中NH₄⁺的方法是向試管中加入少量樣品和氫氧化鈉溶液加熱，在試管口用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)若變藍(lán)，則含NH₄⁺．
（5）稱取14g 所得樣品，將其溶于水配制成100mL 溶液，分成兩等份，向其中一份加入足量NaOH溶液，過濾洗滌得 2.14g沉淀；向另一份溶液中加入 0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反應(yīng)．則該硫酸鐵銨的化學(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 原料中加入硫酸酸化，增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，可以抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，過濾分離，減壓過濾后加入B物質(zhì)，目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，且不能引入新雜質(zhì)，最適合的氧化劑為過氧化氫，硫酸鐵與硫酸銨在80℃下反應(yīng)可生成硫酸鐵銨，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，最后經(jīng)過常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨．
（4）在試管中加入少量樣品和氫氧化鈉固體加熱，在試管口用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)；
（5）14g所得樣品配成溶液，分成兩等份，其中一份加入氫氧化鈉得到2.14g沉淀為氫氧化鐵，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算氫氧化鐵的物質(zhì)的量；另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，根據(jù)鋇離子可知溶液中硫酸根離子物質(zhì)的量，根據(jù)鐵離子、硫酸根守恒計(jì)算Fe₂（SO₄）₃、（NH₄）₂SO₄的物質(zhì)的量，再計(jì)算每一份晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算結(jié)晶水的物質(zhì)的量確定化學(xué)式．

解答 解：原料中加入硫酸酸化，增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，可以抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，過濾分離，減壓過濾后加入B物質(zhì)，目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，且不能引入新雜質(zhì)，最適合的氧化劑為過氧化氫，硫酸鐵與硫酸銨在80℃下反應(yīng)可生成硫酸鐵銨，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，最后經(jīng)過常溫晾曬可到純凈的硫酸鐵銨．
（1）硫酸亞鐵溶液加 H₂SO₄酸化，增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，同時(shí)抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，濾渣A的成分為：CaSO₄，
故答案為：增大溶液中SO₄^2-濃度，將Ca²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，同時(shí)抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解；CaSO₄；
（2）加入B物質(zhì)，目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，H₂O₂的還原產(chǎn)物是水，是綠色氧化劑，而別的試劑都會(huì)引入新的雜質(zhì)，故試劑B選過氧化氫，反應(yīng)離子方程式為：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O，
故答案為：b；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O；
（3）根據(jù)流程從溶液中得到沉淀的方法是冷卻結(jié)晶，再常溫晾干即可，溫度不能過高，防止分解，故甲為冷卻結(jié)晶，乙為常溫晾干，
故答案為：冷卻結(jié)晶；常溫晾干；
（4）在試管中加入少量樣品和氫氧化鈉固體加熱，在試管口用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)，看到試紙變成藍(lán)色，則證明原溶液中含有氨根離子，
故答案為：向試管中加入少量樣品和氫氧化鈉溶液加熱，在試管口用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)若變藍(lán)，則含NH₄⁺；
（5）14g所得樣品配成溶液，分成兩等份，其中一份加入氫氧化鈉得到2.14g沉淀為氫氧化鐵，所以鐵的物質(zhì)的量是$\frac{2.14g}{107g/mol}$=0.02mol；向另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀．因此溶液中n（SO₄^2-）=0.05mol，故每一份中含有的Fe₂（SO₄）₃為$\frac{0.02mol}{2}$=0.01mol，（NH₄）₂SO₄為0.05mol-0.01mol×3=0.02mol，每一份中結(jié)晶水的質(zhì)量為：7.00g-（0.01mol×400g/mol+0.02mol×132g/mol）=0.36g，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，因此該硫酸鐵銨的化學(xué)式為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，涉及物質(zhì)的分離提純、對(duì)方案的分析評(píng)價(jià)、物質(zhì)組成的沉淀等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，明確工藝流程原理是解題關(guān)鍵，難度中等．