Question

【题目】硫酸亚铁铵（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O）俗称摩尔盐，可用于净水和治疗缺铁性贫血。工业上常利用机械加工行业产生的废铁屑（含有少量杂质 Fe2O3）为原料制备（如图）。

某化学兴趣小组拟用下列方案制备硫酸亚铁铵并进行相关探究。 查阅资料：

（1）FeSO4易被氧气氧化为Fe2(SO4)3，影响硫酸亚铁铵的等级。

（2）在FeSO4溶液中加入(NH4)2SO4固体可制备硫酸亚铁铵晶体，该晶体比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。

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

（探究一）用如上图所示装置制备硫酸亚铁铵。实验步骤如下：

①制备 FeSO4溶液：先关闭止水夹 A，再打开止水夹 B和 C，从分液漏斗滴加稀硫酸至三颈烧瓶2中，此装置中发生的化学反应主要有（用化学方程式表示）______、_______和。该过程中氢气的作用是______。

②待装置中的铁屑快反应完时，关闭止水夹_______，打开止水夹_______，观察到的现象是_______。实验时为防止三颈烧瓶2中剩余铁屑通过导管进入三颈烧瓶3中，可采取的措施 是_______。

③放置一段时间，试剂瓶底部将结晶出硫酸亚铁铵晶体，从中获得硫酸亚铁铵晶体的主要实验操作为过滤、洗涤、干燥。为洗涤(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O 粗产品，下列方法中最合适的是______。

A 用冷水洗 B 先用冷水洗，后用无水乙醇洗

C 用 30%的乙醇溶液洗 D 用 90%的乙醇溶液洗

（探究二）探究硫酸亚铁铵样品的纯度取5g硫酸亚铁铵晶体溶于50mL水配成溶液，等分成两份，分别进行实验。
方案一：

（1）实验中加入过量BaCl2溶液的目的______。

（2）利用方案一测得的数据，计算该硫酸亚铁铵样品的纯度（列出具体计算步骤）。（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O的相对分子质量：392）__________

方案二：如图所示，向另一份中加入过量的NaOH溶液，充分反应后得到NH3

（3）(NH4)2SO4与NaOH反应的化学方程式为_______。

（4）实验中需不断通入高温水蒸气，其作用是_______。

（5）在实际测量中，利用方案二测得的样品纯度总是低于方案一测得的数值，可能的原因是______。

（探究三）对硫酸亚铁铵（(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O）晶体进行热重分析，温度与TG%的关系如下图所示

已知：温度低于 200℃，只有结晶水失去。

已知：TG% =

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______________ 。

Answer 1

【答案】Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O 防止硫酸亚铁被氧化成硫酸铁 B、C A 2中的液体进入3中 放一块磁铁吸引铁粉 B 将硫酸根离子全部沉淀 78.4% （NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O 将装置内的氨气排出 水中会溶解一定量的氨气 FeSO4（NH4）2SO46H2OFeSO4（NH4）2SO4+6H2O FeSO4（NH4）2SO42H2O

【解析】

[探究一]①铁和硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水，化学方程式为：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O；该过程中氢气的作用是防止硫酸亚铁被氧化成硫酸铁；
②待装置中的铁屑快反应完时，利用装置内的压强差，将2中的硫酸亚铁压入3中，所以待装置中的铁屑快反应完时，关闭止水夹B、C，打开止水夹A，观察到的现象是2中的液体进入3中，实验时为防止三颈烧瓶2中剩余铁屑通过导管进入三颈烧瓶3中，可采取的措施是：放一块磁铁吸引铁粉；
③硫酸亚铁铵晶体比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇，所以为洗涤（NH4）2SO4FeSO46H2O 粗产品，最合适的是：先用冷水洗，后用无水乙醇洗，故选：B；
[探究二]（1）氯化钡和硫酸根离子反应生成硫酸钡沉淀，所以实验中加入过量BaCl2溶液的目的：将硫酸根离子全部沉淀；
（2）设参加反应的硫酸亚铁铵的质量为x

x=3.92g
所以该硫酸亚铁铵样品的纯度为：×100%=78.4%；
（3）硫酸铵和氢氧化钠反应生成硫酸钠、水和氨气，化学方程式为：（NH4）2SO4+2NaOH=Na2SO4+2NH3↑+2H2O；防止硫酸亚铁被氧化成硫酸铁；
（4）实验中需不断通入高温水蒸气，其作用是将装置内的氨气排出；
（5）氨气溶于水，所以在实际测量中，利用方案二测得的样品纯度总是低于方案一测得的数值，可能的原因是：水中会溶解一定量的氨气；
[探究三]通过分析可知，对硫酸亚铁铵[FeSO4（NH4）2SO46H2O]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）2SO46H2O]，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）2SO46H2O]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：FeSO4（NH4）2SO46H2OFeSO4（NH4）2SO4+6H2O；
假设硫酸亚铁铵晶体质量是392克，加热到200℃时，失去结晶水，剩下的硫酸亚铁铵质量为：392g×=284g，固体质量分数减少为：×100%≈72.4%，所以AB段物质的化学式为：FeSO4（NH4）2SO42H2O。