1、
某化学课外活动小组利用废铁屑(含少量硫等元素)为原料制备硫酸亚铁铵晶体[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O],并设计了如图所示的装置(夹持仪器略去)。
称取一定量的表面除去油污的废铁屑于锥形瓶中,加入适量的稀硫酸,在通风橱中置于50~60℃热水浴中加热充分反应。待锥形瓶中溶液冷却至室温后加入氨水,使其反应完全,制得浅绿色悬浊液。
(1)相比通常铁与稀硫酸生成氢气的条件,在实验中选择50~60℃热水浴的原因是___;锥形瓶中溶液冷却至室温后再加入氨水的原因__。
(2)C瓶中KMnO4溶液的作用是__。
(3)若要确保获得浅绿色悬浊液,下列符合实验要求的是__(填字母)。
a.保持铁屑过量
b.控制溶液呈强碱性
c.将稀硫酸改为浓硫酸
(4)莫尔盐是一种重要化学药品,较绿矾稳定,不易被空气氧化,是化学分析中常用的基准物之一。其组成可用(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O或(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O表示。一定条件下,(NH4)2Fe(SO4)2发生分解:4(NH4)2Fe(SO4)2=2Fe2O3+5SO2↑+3SO3↑+N2↑+6NH3↑+7H2O下列叙述正确的是__。
a反应生成amolN2时,转移电子的物质的量为6amol
b该反应的还原产物是硫的两种氧化物
c有amol电子转移时,生成SO2的物质的量为0.1amol
d将气体产物用足量BaCl2溶液吸收,只得到一种沉淀物
(5)实验探究:影响溶液中Fe2+稳定性的因素。
配制0.8mol/L的FeSO4溶液(pH=4.5)和0.8mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2溶液(pH=4.0),各取2ml上述溶液于两支试管中,刚开始两种溶液都呈浅绿色,分别同时滴加2滴0.01mol/L的KSCN溶液,过了一会儿观察可见(NH4)2Fe(SO4)2溶液仍然为浅绿色透明澄清溶液,FeSO4溶液则出现淡黄色浑浊。
(资料)
沉淀 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 |
开始沉淀pH | 7.6 | 2.7 |
完全沉淀pH | 9.6 | 3.7 |
①请用离子方程式解释FeSO4溶液产生淡黄色浑浊的原因___。
②讨论影响Fe2+稳定性的因素,小组同学提出以下3种假设:
假设1:其它条件相同时,NH4+的存在使(NH4)2Fe(SO4)2溶液中Fe2+稳定性较好。
假设2:其它条件相同时,在一定pH范围内,溶液pH越小Fe2+稳定性越好。
假设3:___。
(6)称取ag所制得的硫酸亚铁铵晶体,用加热煮沸的蒸馏水溶解,配成250mL溶液,取出25mL放入锥形瓶中,用cmol·L-1KMnO4溶液滴定,消耗KMnO4溶液VmL,则硫酸亚铁铵晶体的纯度为___(用含c、V、a的代数式表示)。
受热均匀,加快反应速率 温度过高,氨水挥发过多,原料利用率低 吸收硫化氢、氨气等杂质气体 a d 4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+ 当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好。(或当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性。)
废铁屑(含少量硫化物),加入过量硫酸溶液,水浴加热,可加快反应速率和受热均匀,硫化物可生成硫化氢气体,可用KMnO4溶液吸收,反应后的溶液加入铁粉,防止硫酸亚铁被氧化,冷却后加入氨水,制得浅绿色悬浊液,即生成硫酸亚铁铵,用KMnO4溶液来测定硫酸亚铁铵的纯度,发生5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O,以此解答该题。
(1)在实验中选择50~60℃热水浴,升高温度,受热均匀,加快反应速率,提高利用率;锥形瓶中溶液冷却至室温后再加入氨水,是因为氨水中的氨极易挥发,温度过高,氨水挥发过多,原料利用率低,不利于反应的进行;答案为加快反应速率,受热均匀;温度过高,氨水挥发过多,原料利用率低。
(2)由于铁屑中含有S,因此会产生SO2,同时氨水易挥发,因此高锰酸钾溶液吸收这些气体,防止污染空气;答案为吸收氨气、二氧化硫等杂质气体,防止污染空气。
(3)若要确保获得浅绿色悬浊液,由于Fe2+易被氧化,所以为防止其被氧化,铁屑应过量,故a正确;若控制溶液呈强碱性,则生成了Fe(OH)2沉淀,故b错误;将稀硫酸改为浓硫酸,由于浓H2SO4的强氧化性,会将Fe2+氧化成Fe3+,故c错误;答案为a。
(4)由4(NH4)2Fe(SO4)2=2Fe2O3+5SO2↑+3SO3↑+N2↑+6NH3↑+7H2O可知,Fe元素由+2价变为+3价,失电子,N元素由-3价变为0价,失电子,S元素由+6价娈为+4价,得电子,则由方程式可知,
a.生成1molN2同时会生成5molSO2,转移电子10mol,那么反应生成amolN2时,转移电子的物质的量10amol,为故a错误;
b.得到电子被还原,生成还原产物,则还原产物只有SO2,SO3中S价态不变,不是还原产物,故b错误;
c.由方程式可知,生成5molSO2,电子转移10mol,则有amol电子转移时,生成SO2的物质的量是0.5amol,故c错误;
d.当用足量BaCl 2吸收气体产物时,只能生成BaSO 4沉淀,而不会生成BaSO 3沉淀,故d正确;答案为d。
(5)①FeSO4溶液产生淡黄色浑浊是因为生成了Fe(OH)3沉淀,离子方程式为:4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+;答案为4Fe2++O2+10H2O=4Fe(OH)3↓+8H+。
②根据两种溶液离子浓度的差异判断,NH4+、SO42-以及H+都可影响Fe2+稳定性,由题给信息可知,假设1和假设2都说了NH4+和H+的影响,则可知假设3是讲硫酸根的影响,当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性(或当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好),答案为当其它条件相同时,硫酸根离子浓度大小影响Fe2+的稳定性(或当其它条件相同时,硫酸根离子浓度越大,Fe2+的稳定性较好)。
(6)由反应5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O,可知5Fe2+~MnO4-,反应消耗KMnO4的物质的量为n(MnO4-)=cmol·L-1×V×10-3L=cV×10-3mol,250mL中亚铁离子的物质的量为n(Fe2+)=5×cV×10-3mol×=5cV×10-2mol,则(NH4)2Fe(SO4)2质量为5cV×10-2mol×392g/mol=19.6 cVg,则硫酸亚铁铵晶体的纯度为×100%;答案为×100%。
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