Question

15．已知：①铜矿矿石中含有Cu₂（OH）₂CO₃及含铁元素的杂质；
②黄铵铁矾的化学式为（NH₄）_xFe_y（SO₄）_m（OH）_n，其中铁为+3价．
某兴趣小组利用该铜矿石制黄铵铁矾的流程如下：

（1）以氧化物的形式表示Cu₂（OH）₂CO₃的组成为2CuO•H₂O•CO₂，1mol Cu₂（OH）₂CO₃与稀H₂SO₄反应时消耗H₂SO₄物质的量为2mol．
（2）该小组为测定黄铵铁矾的组成，进行了如下实验：
a．称取m g样品，加盐酸完全溶解后，将所得溶液分为两等份；
b．向一份中加入足量NaOH溶液并加热，收集到标况下56.00mL的气体（假设气体全部逸出）．将所得沉淀过滤、洗涤、灼烧至恒重，得到红色粉末0.600g．
c．向另一份中加足量BaCl₂溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥得沉淀1.165g．
①黄铵铁矾中NH₄⁺与SO₄^2-的个数比为1：2．
②通过计算确定黄铵铁矾的化学式（写出计算过程）NH₄Fe₃（SO₄）₂（OH）₆．

Answer 1

分析 铜矿与硫酸反应得到硫酸铜，过滤除去不溶物，滤液中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，调节溶液pH、加入过氧化氢将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入硫酸铵得到硫酸铜与黄铵铁矾．
（1）改写成氧化物时注意元素原子数目之比不变；Cu₂（OH）₂CO₃与稀H₂SO₄反应生成CuSO₄、二氧化碳与水，由守恒可知n（H₂SO₄）=n（H₂SO₄）=2n[Cu₂（OH）₂CO₃]
（2）用盐酸溶解分成两等份，向一份中加入足量NaOH溶液并加热生成气体为氨气，得到沉淀为氢氧化铁，灼烧得到红色粉末为氧化铁，向另一份中加足量BaCl₂溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥得沉淀1.165g为硫酸钡，计算氨气、氧化铁、硫酸钡物质的量，根据守恒计算n（NH₄⁺）、n（Fe³⁺）、n（SO₄^2-），再根据电荷守恒计算 n（OH^-）．

解答 解：铜矿与硫酸反应得到硫酸铜，过滤除去不溶物，滤液中含有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺，调节溶液pH、加入过氧化氢将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入硫酸铵得到硫酸铜与黄铵铁矾．
（1）Cu₂（OH）₂CO₃改写成氧化物形式为：2CuO•H₂O•CO₂，Cu₂（OH）₂CO₃与稀H₂SO₄反应生成CuSO₄、二氧化碳与水，由守恒可知n（H₂SO₄）=n（H₂SO₄）=2n[Cu₂（OH）₂CO₃]=2mol，
故答案为：2CuO•H₂O•CO₂；2mol；
（2）用盐酸溶解分成两等份，向一份中加入足量NaOH溶液并加热生成气体为氨气，得到沉淀为氢氧化铁，灼烧得到红色粉末为氧化铁，向另一份中加足量BaCl₂溶液充分反应后，过滤、洗涤、干燥得沉淀1.165g为硫酸钡，
氨气为$\frac{0.056L}{22.4L/mol}$=0.0025mol，则n（NH₄⁺）=0.0025 mol，
氧化铁物质的量为$\frac{0.6g}{160g/mol}$=0.00375mol，则n（Fe³⁺）=2×0.00375mol=0.0075 mol，
硫酸钡物质的量为$\frac{1.165g}{233g}$=0.005mol，则n（SO₄^2-）=0.005 mol，
由电荷守恒，则n（OH^-）=0.0025mol+0.0075mol×3-0.005mol×2=0.015 mol，
①黄铵铁矾中NH₄⁺与SO₄^2-的个数比为0.0025mol：0.005mol=1：2，
故答案为：1：2；．
②黄铵铁矾中n（NH₄⁺）：n（Fe³⁺）：n（SO₄^2-）：n（OH^-）=0.0025mol：0.0075mol：0.005mol：0.015 mol=1：3：2：6，故黄铵铁矾的化学式为：NH₄Fe₃（SO₄）₂（OH）₆，
故答案为：NH₄Fe₃（SO₄）₂（OH）₆．

点评 本题考查物质制备与组成测定，关键是明确反应原理，（2）中关键是利用电荷守恒氢氧根离子的物质的量是，难度中等．