Question

19．某實(shí)驗(yàn)小組用廢鐵屑（含少量S等元素）為原料制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體[K₃Fe（C₂O₄）₃•3H₂O]并測(cè)定其組成．
實(shí)驗(yàn)一  制備硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]
小組同學(xué)設(shè)計(jì)如圖裝置（夾持儀器略去），稱取一定量廢鐵屑于錐形瓶中，加入適量稀硫酸，在通風(fēng)櫥中置于50～60℃熱水浴中加熱，充分反應(yīng)．待錐形瓶中溶液冷卻后加入氨水，攪拌使其反應(yīng)完全，制得淺綠色懸濁液．
（1）實(shí)驗(yàn)室保存濃氨水的方法是密封保存，置于冷暗處．
（2）燒杯中高錳酸鉀溶液的作用是吸收H₂S等尾氣，防止污染空氣．
（3）寫出錐形瓶中發(fā)生中和反應(yīng)的離子方程式：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O．
（4）若要確保獲得淺綠色懸濁液，實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)注意的是ab（填序號(hào)）．
a．保持鐵屑過量        b．控制溶液呈強(qiáng)酸性        c．持續(xù)升高溫度
實(shí)驗(yàn)二  制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體
實(shí)驗(yàn)小組用實(shí)驗(yàn)一錐形瓶中的懸濁液設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)流程制備三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體．

已知：25℃時(shí)，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2
（5）寫出步驟Ⅰ生成黃色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O）的化學(xué)方程式：（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O．
（6）步驟Ⅱ水浴加熱需控制40℃的理由是溫度太高，H₂O₂分解；溫度太低，F(xiàn)e²⁺氧化速度太慢．
（7）小組同學(xué)欲檢驗(yàn)晶體中含有Fe（Ⅲ），取少量晶體放入試管中，用蒸餾水充分溶解，向試管中滴入幾滴0.1mol•L^-1KSCN溶液．請(qǐng)判斷上述實(shí)驗(yàn)方案是否可行并說明理由．否，因?yàn)閇Fe（C₂O₄）₃]^3-轉(zhuǎn)化為[Fe（SCN）]²⁺反應(yīng)的平衡常數(shù)小于10^-5，觀察不到明顯現(xiàn)象，所以無法檢驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)三  測(cè)定三草酸合鐵（Ⅲ）酸鉀晶體中C₂O₄^2-的含量
小組同學(xué)準(zhǔn)確稱取m g晶體配制成250mL溶液，取25mL該溶液于錐形瓶中，加入3mol•L^-1硫酸溶液10mL，滴入二苯胺磺酸鈉作指示劑，用c mol•L^-1K₂Cr₂O₇標(biāo)準(zhǔn)液滴定至紫紅色，平行實(shí)驗(yàn)三次，平均消耗標(biāo)準(zhǔn)液V mL．已知：Cr₂O₇^2-在酸性介質(zhì)中被還原為Cr³⁺．
（8）晶體中C₂O₄^2-質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$\frac{264cV}{m}%$．

Answer 1

分析 （1）氨水不穩(wěn)定，見光受熱易分解，需密封、冷暗處保存；
（2）由于廢鐵屑中含有含S元素的物質(zhì)，加入稀硫酸，會(huì)產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體，不能向空氣中排放；
（3）稀硫酸與氨水的反應(yīng)，生成硫酸銨和水，氨水為弱堿，不能拆；
（4）由于Fe²⁺有較強(qiáng)的還原性，為弱堿陽(yáng)離子，實(shí)驗(yàn)過程中要防止二價(jià)鐵被氧氣氧化和水解；
（5）步驟Ⅰ為硫酸亞鐵銨晶體與飽和草酸溶液反應(yīng)生成黃色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O，據(jù)此寫出方程式；
（6）溫度太高，H₂O₂分解；溫度太低，F(xiàn)e²⁺氧化速度太慢；
（7）因?yàn)?5℃時(shí)，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2，平衡常數(shù)小于10^-5，離子濃度太小，觀察不到明顯現(xiàn)象，所以無法檢驗(yàn)；
（8）根據(jù)方程式3C₂O₄^2-+14H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O進(jìn)行計(jì)算，注意250mL中取25mL，但計(jì)算的是原晶體中的含量．

解答 解：（1）由于氨水不穩(wěn)定，見光受熱易分解，故實(shí)驗(yàn)室保存氨水的方法為密封保存，置于冷暗處，故答案為：密封保存，置于冷暗處；
（2）由于廢鐵屑中含有含S元素的物質(zhì)，加入稀硫酸，會(huì)產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體，不能向空氣中排放，高錳酸鉀溶液的作用是吸收H₂S等尾氣，防止污染空氣，故答案為：吸收H₂S等尾氣，防止污染空氣；
（3）錐形瓶中是冷切后的溶液中稀硫酸與氨水的反應(yīng)，生成硫酸銨和水，氨水為弱堿，不能拆，離子方程式為NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O，故答案為：NH₃•H₂O+H⁺=NH₄⁺+H₂O；
（4）由于Fe²⁺有較強(qiáng)的還原性，實(shí)驗(yàn)過程中要防止二價(jià)鐵被氧氣氧化，保持鐵屑過量就是防止亞鐵離子被氧化；二價(jià)鐵離子在溶液中要水解，故需抑制其水解，加入稀硫酸可以增大氫離子濃度，抑制亞鐵離子的水解，因此要確保獲得淺綠色懸濁液，可選擇ab，故答案為：ab；
（5）步驟Ⅰ為硫酸亞鐵銨晶體與飽和草酸溶液反應(yīng)生成黃色沉淀（FeC₂O₄•2H₂O），化學(xué)方程式為（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O，故答案為：（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O+H₂C₂O₄=FeC₂O₄•2H₂O↓+（NH₄）₂SO₄+H₂SO₄+4H₂O；
（6）溫度太高，H₂O₂分解；溫度太低，F(xiàn)e²⁺氧化速度太慢，故水浴加熱控制在40℃是防止過氧化氫分解和確保二價(jià)鐵被氧化為三價(jià)鐵的反應(yīng)速率，故答案為：溫度太高，H₂O₂分解；溫度太低，F(xiàn)e²⁺氧化速度太慢；
（7）因?yàn)?5℃時(shí)，[Fe（C₂O₄）₃]^3-（aq）+SCN^-（aq）?[Fe（SCN）]²⁺（aq）+3C₂O₄^2-（aq）  K=10^-16.2，平衡常數(shù)小于10^-5，離子濃度太小，觀察不到明顯現(xiàn)象，所以無法檢驗(yàn)，故答案為：否，因?yàn)閇Fe（C₂O₄）₃]^3-轉(zhuǎn)化為[Fe（SCN）]²⁺反應(yīng)的平衡常數(shù)小于10^-5，觀察不到明顯現(xiàn)象，所以無法檢驗(yàn)；
（8）根據(jù)反應(yīng)，25mL標(biāo)準(zhǔn)液消耗c mol•L^-1K₂Cr₂O₇V mL，物質(zhì)的量為cV×10^-3mol，設(shè)有C₂O₄^2-的質(zhì)量為x，根據(jù)方程式
3C₂O₄^2-+14H⁺+Cr₂O₇^2-=2Cr³⁺+6CO₂↑+7H₂O
3×88g         1mol    
  x        cV×10^-3mol 
x=264cV×10^-3g，故250mL中含有的質(zhì)量為264cV×10^-2g，晶體中C₂O₄^2-質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為=$\frac{264cV}{m}%$，故答案為：$\frac{264cV}{m}%$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備原理和操作方法，需要學(xué)生閱讀題目獲取信息的能力、氧化還原反應(yīng)及計(jì)算等，難度中等，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，注意基礎(chǔ)知識(shí)的全面掌握．