Question

【題目】硫酸亞鐵銨（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O）俗稱摩爾鹽，可用于凈水和治療缺鐵性貧血。工業(yè)上常利用機械加工行業(yè)產(chǎn)生的廢鐵屑（含有少量雜質(zhì) Fe2O3）為原料制備（如圖）。

某化學興趣小組擬用下列方案制備硫酸亞鐵銨并進行相關探究。 查閱資料：

（1）FeSO4易被氧氣氧化為Fe2(SO4)3，影響硫酸亞鐵銨的等級。

（2）在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固體可制備硫酸亞鐵銨晶體，該晶體比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。

（3）在0～60℃時，硫酸亞鐵銨的溶解度比硫酸銨、硫酸亞鐵的溶解度小，冷卻混合液至室溫便析出硫酸亞鐵銨。

（探究一）用如上圖所示裝置制備硫酸亞鐵銨。實驗步驟如下：

①制備 FeSO4溶液：先關閉止水夾 A，再打開止水夾 B和 C，從分液漏斗滴加稀硫酸至三頸燒瓶2中，此裝置中發(fā)生的化學反應主要有（用化學方程式表示）______、_______和。該過程中氫氣的作用是______。

②待裝置中的鐵屑快反應完時，關閉止水夾_______，打開止水夾_______，觀察到的現(xiàn)象是_______。實驗時為防止三頸燒瓶2中剩余鐵屑通過導管進入三頸燒瓶3中，可采取的措施 是_______。

③放置一段時間，試劑瓶底部將結晶出硫酸亞鐵銨晶體，從中獲得硫酸亞鐵銨晶體的主要實驗操作為過濾、洗滌、干燥。為洗滌(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O 粗產(chǎn)品，下列方法中最合適的是______。

A 用冷水洗 B 先用冷水洗，后用無水乙醇洗

C 用 30%的乙醇溶液洗 D 用 90%的乙醇溶液洗

（探究二）探究硫酸亞鐵銨樣品的純度取5g硫酸亞鐵銨晶體溶于50mL水配成溶液，等分成兩份，分別進行實驗。
方案一：

（1）實驗中加入過量BaCl2溶液的目的______。

（2）利用方案一測得的數(shù)據(jù)，計算該硫酸亞鐵銨樣品的純度（列出具體計算步驟）。（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的相對分子質(zhì)量：392）__________

方案二：如圖所示，向另一份中加入過量的NaOH溶液，充分反應后得到NH3

（3）(NH4)2SO4與NaOH反應的化學方程式為_______。

（4）實驗中需不斷通入高溫水蒸氣，其作用是_______。

（5）在實際測量中，利用方案二測得的樣品純度總是低于方案一測得的數(shù)值，可能的原因是______。

（探究三）對硫酸亞鐵銨（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O）晶體進行熱重分析，溫度與TG%的關系如下圖所示

已知：溫度低于 200℃，只有結晶水失去。

已知：TG% =

TG%從 100%降低為 72.4%時，發(fā)生反應的化學方程式是_______ 。試計算AB段物質(zhì)的化學式______________ 。

Answer 1

【答案】Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O 防止硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵 B、C A 2中的液體進入3中 放一塊磁鐵吸引鐵粉 B 將硫酸根離子全部沉淀 78.4% （NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O 將裝置內(nèi)的氨氣排出 水中會溶解一定量的氨氣 FeSO4（NH4）2SO46H2OFeSO4（NH4）2SO4+6H2O FeSO4（NH4）2SO42H2O

【解析】

[探究一]①鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水，化學方程式為：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O；該過程中氫氣的作用是防止硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵；
②待裝置中的鐵屑快反應完時，利用裝置內(nèi)的壓強差，將2中的硫酸亞鐵壓入3中，所以待裝置中的鐵屑快反應完時，關閉止水夾B、C，打開止水夾A，觀察到的現(xiàn)象是2中的液體進入3中，實驗時為防止三頸燒瓶2中剩余鐵屑通過導管進入三頸燒瓶3中，可采取的措施是：放一塊磁鐵吸引鐵粉；
③硫酸亞鐵銨晶體比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇，所以為洗滌（NH4）2SO4FeSO46H2O 粗產(chǎn)品，最合適的是：先用冷水洗，后用無水乙醇洗，故選：B；
[探究二]（1）氯化鋇和硫酸根離子反應生成硫酸鋇沉淀，所以實驗中加入過量BaCl2溶液的目的：將硫酸根離子全部沉淀；
（2）設參加反應的硫酸亞鐵銨的質(zhì)量為x

x=3.92g
所以該硫酸亞鐵銨樣品的純度為：×100%=78.4%；
（3）硫酸銨和氫氧化鈉反應生成硫酸鈉、水和氨氣，化學方程式為：（NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O；防止硫酸亞鐵被氧化成硫酸鐵；
（4）實驗中需不斷通入高溫水蒸氣，其作用是將裝置內(nèi)的氨氣排出；
（5）氨氣溶于水，所以在實際測量中，利用方案二測得的樣品純度總是低于方案一測得的數(shù)值，可能的原因是：水中會溶解一定量的氨氣；
[探究三]通過分析可知，對硫酸亞鐵銨[FeSO4（NH4）2SO46H2O]樣品進行加熱到100℃時，首先是固體表面的分子水蒸發(fā)得到硫酸亞鐵銨[FeSO4（NH4）2SO46H2O]，這一步是物理變化，繼續(xù)加熱到100-200℃時，已知200℃以前只有結晶水失去，因此硫酸亞鐵銨[FeSO4（NH4）2SO46H2O]中的結晶水開始脫去，這一步是化學變化。
所以TG%從100%降低為72.4%時，發(fā)生反應的化學方程式是：FeSO4（NH4）2SO46H2OFeSO4（NH4）2SO4+6H2O；
假設硫酸亞鐵銨晶體質(zhì)量是392克，加熱到200℃時，失去結晶水，剩下的硫酸亞鐵銨質(zhì)量為：392g×=284g，固體質(zhì)量分數(shù)減少為：×100%≈72.4%，所以AB段物質(zhì)的化學式為：FeSO4（NH4）2SO42H2O。