Question

【题目】绿矾（FeSO4·7H2O）、硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]是重要的化工试剂。工业上常利用机械加工行业产生的废铁屑为原料制备绿矾、硫酸亚铁铵（如下图）。

已知：

（1）废铁屑中含有FeS等杂质，FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑，生成的H2S气体有毒。

（2）在0~60℃时，硫酸亚铁铵的溶解度比硫酸铵、硫酸亚铁的小，冷却混合液至室温便析出硫酸亚铁铵。

（3）硫酸亚铁易被氧气氧化为硫酸铁，影响硫酸亚铁铵的等级。

请回答下列问题：

实验一：制备绿矾：

图Ⅰ中仪器①盛放的液体是_____，除了发生的反应FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑外，还发生的另一个反应的化学方程式是_____。广口瓶的作用是_____，烧杯中主要的反应是CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4,硫酸铜溶液的作用是_____；此处烧杯中的导管最好换成多孔球泡，目的是_____。

实验二：制备硫酸亚铁铵：

如图Ⅱ。实验步骤如下：

①连接仪器,_____

②制备FeSO4溶液:先关闭止水夹A，再打开止水夹_____，从分液漏斗滴入稀H2SO4至锥形瓶中。其中NaOH溶液中发生反应的化学方程式为_____，此过程中氢气的作用是_____。

③制备硫酸亚铁铵：待锥形瓶中的铁屑快反应完时，关闭止水夹_____，打开止水夹_____，不久会看到锥形瓶中的液体被压入饱和硫酸铵溶液中，放置一段时间，试剂瓶底部将结晶出硫酸亚铁铵晶体。

实验三：对所制得的硫酸亚铁铵样品进行加热

温度与TG%的关系如图所示，已知，200℃以前只有结晶水失去。[Mr(FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O)=392]，已知：TG%=×100%。

TG%从100%降低为72.4%时，发生反应的化学方程式是_____。试计算AB段物质的化学式_____（写出计算过程）。

Answer 1

【答案】稀硫酸 安全瓶（或防倒吸） 尾气处理，防止污染大气 增大接触面积，使反应更充分 检查装置的气密性 BC 排出装置和硫酸铵溶液中的氧气 BC A FeSO4·(NH4)2SO4·2H2O

【解析】

实验一：工业制备绿矾常用废铁屑和硫酸反应进行制取，故图Ⅰ中仪器①盛放的液体是稀硫酸；废铁屑中一定含有铁，铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，；广口瓶作为安全瓶收集产生的硫化氢气体和氢气；烧杯中的硫酸铜溶液主要是吸收尾气H2S，防止污染大气；烧杯中的导管最好换成多孔球泡，目的是增大气体与溶液的接触面积，使反应充分进行；

实验二：①仪器连接好，一般都要检查装置的气密性，尤其是有气体参加或者生成的反应；

②制备FeSO4溶液先关闭止水夹A，再打开止水夹BC，是为了用产生的氢气将装置内的空气排出，因为亚铁盐容易被氧化；

废铁屑中含有FeS等杂质，硫化亚铁会与硫酸反应生成硫酸亚铁和硫化氢气体，氢氧化钠溶液就是为了吸收硫化氢气体，方程式为：；此过程中氢气的作用是排出装置和硫酸铵溶液中的氧气，因为亚铁盐容易被氧化；

③制备硫酸亚铁铵：待锥形瓶中的铁屑快反应完时，关闭止水夹BC，打开止水夹A，产生的氢气使锥形瓶中压强增大，将硫酸亚铁压入左边的瓶中，使之反应；

实验三：通过分析可知，对硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]样品进行加热到100℃时，首先是固体表面的分子水蒸发得到硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]，这一步是物理变化，继续加热到100-200℃时，已知200℃以前只有结晶水失去，因此硫酸亚铁铵[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]中的结晶水开始脱去，这一步是化学变化．

所以TG%从100%降低为72.4%时，发生反应的化学方程式是：；

假设硫酸亚铁铵晶体质量是392克，AB段物质的化学式为FeSO4·(NH4)2SO4·xH2O；

加热到200℃时，失去结晶水，剩下的硫酸亚铁铵质量为：；

由关系图可知AB段的TG%=81.6%，即，m水=35.872g，则，所以AB段物质的化学式为FeSO4·(NH4)2SO4·2H2O。