Question

【題目】化合物(NH4)xFey(SO4)m是一種重要的化工原料。某實驗小組為探究該物質的組成，進行如下實驗：

（1）探究鐵元素化合價

A.甲同學認為鐵可能只有+3價；

B.乙同學認為鐵可能只有+2價；

C.丙同學認為鐵的化合價________________________________。

請設計實驗，證明丙同學的結論：______________________________________。

（2）三位同學通過實驗證明，鐵的化合價為+2價。為了進一步探究該化合物的組成，設計了如下實驗：

①準確稱取4.36g樣品，配制成100.00mL溶液A；

②準確量取20.00mL溶液A，用0.0200 mol·L-1的酸性KMnO4標準溶液滴定其中的Fe2+離子，消耗標準溶液的體積為40.00 mL；

③測定NH4+的含量；另取20.00mL溶液A，加入足量的NaOH溶液并充分加熱，用100mL0.10 mol/L的稀鹽酸吸收，再用0.10mol/LNaOH標準溶液滴定吸收液，消耗NaOH的體積為60mL。

Ⅰ.寫出步驟②中發生的離子方程式__________________________________。

Ⅱ.步驟③中，加入NaOH溶液發生的化學反應方程式______________________________；加入的指示劑是_____________________，判斷滴定終點的現象為_____________________，若滴定管在使用前未用NaOH標準溶液潤洗，測得的NH4+含量將_____________(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。Ⅲ. (NH4)xFey(SO4)m的化學簡式為_________________________。

Answer 1

【答案】 既有+2價又有+3價 分別取少量待測液于2支試管中，一支加入KSCN溶液，若溶液變紅，則存 在Fe3+，另一支加入K3[Fe(CN)6]溶液，若有藍色沉淀生成則有Fe2+ 5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3+ +Mn2++4H2O (NH4)2Fe2(SO4)3+6NaOH2NH3↑+2H2O+2Fe(OH)2↓+3Na2SO4 甲基橙 加入最后一滴NaOH標準溶液，溶液由紅色變為橙色且30s不恢復原來顏色 偏低 (NH4)2Fe2(SO4)3

【解析】試題分析：本題考查物質檢驗方案的設計，Fe3+、Fe2+的檢驗，方程式的書寫，酸堿中和滴定和誤差分析，化學式的確定。

（1）Fe元素常見的化合價有+2價和+3價，甲同學認為鐵可能只有+3價，乙同學認為鐵可能只有+2價，則丙同學認為鐵的化合價既有+2價又有+3價。檢驗Fe3+用KSCN溶液，檢驗Fe2+用K3[Fe（CN）6]溶液，要證明丙同學結論的實驗設計為：分別取少量待測液于2支試管中，一支加入KSCN溶液，若溶液變紅，則存在Fe3+；另一支加入K3[Fe(CN)6]溶液，若有藍色沉淀生成則有Fe2+。

（2）I.步驟②中用酸性KMnO4溶液滴定Fe2+，酸性KMnO4將Fe2+氧化成Fe3+，KMnO4自身被還原成Mn2+，反應的離子方程式為5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O。

II.根據步驟②和離子反應5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，20.00mL溶液A中含n（Fe2+）=5n（MnO4-）=50.02mol/L0.04L=0.004mol；根據步驟③，吸收NH3后過量的n（HCl）=n（NaOH）=0.10mol/L0.06L=0.006mol，吸收NH3的n（HCl）=0.10mol/L0.1L-0.006mol=0.004mol，根據反應NH3+HCl=NH4Cl，20.00mL溶液A中含n（NH4+）=n（NH3）=0.004mol；根據電荷守恒n（NH4+）+2n（Fe2+）=2n（SO42-），20.00mL溶液A中n（SO42-）=0.006mol；則n（NH4+）：n（Fe2+）：n（SO42-）=x：y：m=0.004mol：0.004mol：0.006mol=2:2:3，（NH4）xFey（SO4）m的化學簡式為（NH4）2Fe2（SO4）3。向溶液A中加入足量NaOH溶液，NH4+、Fe2+都發生反應，反應的化學方程式為（NH4）2Fe2（SO4）3+6NaOH2NH3↑+2Fe（OH）2↓+3Na2SO4+2H2O。由于用鹽酸吸收NH3后的溶中的溶質有NH4Cl和過量的HCl，用NaOH溶液滴定過量的HCl，為了防止NH4Cl與NaOH反應，應選用酸性范圍內發生顏色變化的指示劑，加入的指示劑是甲基橙。終點的實驗現象是：滴入最后一滴NaOH標準溶液，溶液由紅色變為橙色且在30s內不恢復原來的顏色。若滴定管在使用前未用NaOH標準溶液潤洗，將導致消耗的NaOH溶液體積偏高，過量的HCl偏高，吸收NH3的HCl偏低，測得的NH4+含量將偏低。

III.根據II的計算，（NH4）xFey（SO4）m的化學簡式為（NH4）2Fe2（SO4）3。