Question

亞鐵鹽中，FeSO₄?7H₂O露置于空氣中易被氧氣氧化，而莫爾鹽[(NH₄)₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]露置于空氣中不易被氧氣氧化，是一種重要的定量分析試劑。其制備原理是：FeSO₄+(NH₄)₂SO₄+6H₂O =(NH₄)₂SO₄?FeSO₄?6H₂O。
實驗室用廢鐵屑制備莫爾鹽的過程如下：

（1）步驟I除銹的操作是：將廢鐵屑放入燒杯，        ，過濾，洗滌。
（2）步驟II鐵屑的溶解在錐形瓶中進行，并水浴加熱到60℃左右，需要的儀器是鐵架臺、石棉網、大燒杯、                   。
（3）步驟III中加入的（NH₄)₂SO₄與溶液中FeSO₄的物質的量需滿足的關系為：n[(NH₄)₂SO₄]∶n[FeSO₄]=                       。
為了確定（NH₄)₂SO₄的用量，下列方法簡便可行的是         (填編號）。
A．稱量廢鐵屑的質量，推算所需（NH₄)₂SO₄的質量
B．稱量無銹鐵屑和步驟II之后剩余鐵屑的質量，推算所需（NH₄)₂SO₄的質量
C．測定FeSO₄溶液的濃度和體積，推算所需（NH₄)₂SO₄的質量
（4）所得晶體樣品中可能混有的雜質是FeSO₄·7H₂O和（NH₄)₂SO₄中的一種。某小組設計了如下方案進行檢驗和測定，請在答題卡上完成表中內容。

序號	實驗方案	實驗現象和結論
步驟1	取少量樣品	樣品顏色可能有變化。
步驟2	步驟1后將樣品轉移到試管中，加入去氧蒸餾水，振蕩溶解，調節至酸性，________ ___________                 __  。	若        ，說明樣品中含有FeSO4·7H2O雜質。
步驟3	若步驟2證明樣品不含FeSO4?7H2O雜質，再另取樣品測定其中NH4+的質量分數w1與理論值w2比較。	若w1         w2，說明樣品中含有（NH4)2SO4雜質。

（已知(NH₄)₂SO₄?FeSO₄?6H₂O的式量為392，(NH₄)₂SO₄的式量為132）

Answer 1

（16分）
（1）加入足量稀硫酸（或稀鹽酸），充分攪拌  （2分）
（2）酒精燈、溫度計 （4分，每空2分）
（3）1∶1    B  （4分，每空2分）
（4）（6分，每空2分）

序號	實驗方案	實驗現象和結論
步驟1	取少量樣品 露置空氣一段時間（1分）	樣品顏色可能有變化。
步驟2	步驟1后將樣品轉移到試管中，加入去氧蒸餾水，振蕩溶解，調節至酸性，_加入1～2滴KSCN溶液（2分）__	若溶液變成血紅色（2分），說明樣品中含有FeSO4·7H2O雜質。
步驟3	若步驟2證明樣品不含FeSO4 ·7H2O雜質，再另取樣品測定其中NH4+的質量分數w1與理論值w2比較。	若w1 >（或大于）（1分）w2，說明樣品中含有（NH4)2SO4雜質。

 

解析試題分析：（1）廢鐵屑含有單質鐵和鐵銹，鐵銹主要成分是氧化鐵，氧化鐵是堿性氧化物，易溶于強酸，生成鹽和水，因此步驟I除銹的操作是：將廢鐵屑放入燒杯，加入足量稀硫酸（或稀鹽酸），充分攪拌，過濾，洗滌；（2）水浴加熱裝置需要的儀器是鐵架臺、石棉網、大燒杯、酒精燈、溫度計；（3）步驟III的原理為FeSO₄+(NH₄)₂SO₄+6H₂O =(NH₄)₂SO₄?FeSO₄?6H₂O，該反應中n[(NH₄)₂SO₄]∶n[FeSO₄]=1∶1；A項，稱取廢鐵屑的質量，不能推斷硫酸銨的量，因此廢鐵屑中鐵銹與單質鐵的組成比例未知，過量的無銹鐵屑的量未知，不能確定硫酸亞鐵的量，故A選項錯誤；B項，稱量無銹鐵屑和步驟II之后剩余鐵屑的質量，可以計算出與稀硫酸反應時消耗單質鐵的量，根據硫酸亞鐵與消耗單質鐵的系數之比可以求生成的硫酸亞鐵的量，進而推算所需（NH₄)₂SO₄的質量，故B選項正確；C項，測定FeSO₄溶液的濃度和體積，可以求硫酸亞鐵的量，進而推算所需（NH₄)₂SO₄的質量，但是需要進行滴定實驗，配制標準酸性高錳酸鉀溶液，因此不簡便可行，故C選項錯誤；（4）硫酸銨是白色固體，七水合硫酸亞鐵（或綠礬）是綠色固體，在空氣中露置時，前者不易變質，而后者則容易被空氣中的氧氣氧化為鐵鹽，鐵鹽固體為黃色，因此樣品露置之后顏色可能有變化；硫酸鐵、硫酸亞鐵都易溶于水，步驟1所得固體用去氧蒸餾水溶解，目的是防止蒸餾水中溶解的氧氣氧化亞鐵離子，調節至酸性后，加入KSCN溶液，溶液變為血紅色，說明存在鐵離子，證明樣品中含有含有FeSO₄·7H₂O雜質；摩爾鹽或(NH₄)₂SO₄?FeSO₄?6H₂O中NH₄⁺的質量分數計算表達式為：×100%=9.18%，而（NH₄)₂SO₄中NH₄⁺的質量分數計算表達式為：w₂=×100%=23.68%，因此理論值w₂=9.18%，若含有（NH₄)₂SO₄時，w₁介于二者9.18%與23.68%之間，所以w₁> w₂時，說明摩爾鹽中含有硫酸銨雜質。
考點：考查化學實驗方案的設計與評價，涉及除去廢鐵屑中鐵銹的實驗操作、水浴加熱裝置所用儀器、物質的量在化學方程式計算中的應用、實驗方案的評價、摩爾鹽中雜質成分探究實驗方案的設計、包括亞鐵離子的氧化、鐵離子的顯色反應、銨根離子質量分數測定理論值與實際值大小關系等。