Question

16．硫酸亚铁铵[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]俗称莫尔盐，是浅绿色晶体，可溶于水，在100℃～110℃时分解，常用作定量分析中的标准试剂，某化学小组以废铁屑为原料在实验室中进行实验探究-制备硫酸亚铁铵并检验其纯度，过程如下：
Ⅰ制备硫酸亚铁铵

请回答下列问题：
（1）步骤1的作用是Na₂CO₃溶液水解显碱性便于除去铁屑表面的油污，CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-（用离子方程式及必要的文字说明）．
（2）步骤2中所加硫酸需过量，且不宜等到铁屑完全反应后才过滤，其中蕴含的道理是硫酸过量可抑制Fe²⁺水解，反应未结束时还有铁屑可防止Fe²⁺氧化．
Ⅱ测定硫酸亚铁铵的纯度
称取mg实验室制备的硫酸亚铁铵样品，配成500mL溶液，取25.00mL硫酸亚铁铵溶液，用0.1000mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液进行滴定，再重读滴定两次
（3）配制（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液所用的蒸馏水，通常需加热煮沸一段时间后，冷却至室温再使用，这样操作的好处是除去水中的氧气，防止Fe²⁺被氧化．
（4）滴定时发生反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
（5）滴定终点时的现象为滴入最后一滴KMnO₄溶液时，锥形瓶内溶液变为紫色，且30s内不褪去．
（6）三次滴定测得酸性KMnO₄溶液的用量平均值为VmL，则硫酸亚铁铵样品的纯度为$\frac{3.92}{m}$×100%．
（7）化学小组分析发现这种检测纯度的方法不够准确，请你帮助他们设计一种检测方案通过测定硫酸根离子的物质的量或铵根离子的物质的量来计算硫酸亚铁铵的量．

Answer 1

分析 废铁屑在碳酸钠溶液中洗涤除去表面的油污，小火加热用用倾析法分离洗涤铁屑，加入稀硫酸溶液水浴加热、趁热过滤，得到滤液中加入一定量硫酸铵固体，溶液表面出现晶膜时，停止加热，蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中，温度过高晶体分解被空气中氧气氧化，采取蒸发浓缩、冷却结晶方法，通过减压过滤（或抽滤）等得到较为干燥的晶体．
（1）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-水解使Na₂CO₃溶液呈碱性，油脂在碳酸钠溶液中水解生成溶于水的物质；
（2）硫酸溶液中的氢离子增多会抑制Fe²⁺的水解，亚铁离子容易被氧化成铁离子，反应未结束时还有铁屑，防止硫酸亚铁氧化变质，防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，
（3）Fe²⁺易被氧化，加热煮沸蒸馏水一段时间，除去水中的氧气，防止Fe²⁺被氧化；
（4）亚铁离子具有还原性，易被氧化成铁离子，高锰酸钾溶液具有氧化性，能氧化亚铁离子为铁离子；
（5）MnO₄^-为紫色，当滴入最后一滴KMnO₄溶液，紫色不褪去，说明滴定到终点；
（6）5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，根据关系式5Fe²⁺～MnO₄^-计算；
（7）通过测定硫酸根离子的物质的量或铵根离子的物质的量进行测定．

解答 解：（1）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-水解CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，使Na₂CO₃溶液呈碱性，Na₂CO₃的主要作用是除去铁屑表面的油污，
故答案为：Na₂CO₃溶液水解显碱性便于除去铁屑表面的油污，CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
（2）亚铁离子水解的方程式是：Fe²⁺+2H₂0?Fe（0H）₂+2H⁺；过量硫酸溶液中的氢离子会抑制Fe²⁺的水解，Fe²⁺易被氧化为Fe³⁺，氧化的Fe³⁺与Fe发生反应Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，反应未结束时还有铁屑可防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，
故答案为：硫酸过量可抑制Fe²⁺水解，反应未结束时还有铁屑可防止Fe²⁺氧化；
（3）水中溶有一定的氧气，氧气具有氧化性，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中含有亚铁离子，Fe²⁺易被氧化，配制（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液所用的蒸馏水，通常需加热煮沸一段时间后，冷却至室温再使用，这样操作可除去水中的氧气，防止Fe²⁺被氧化，
故答案为：除去水中的氧气，防止Fe²⁺被氧化；
（4）高锰酸钾与Fe²⁺的反应是MnO₄^-～Mn²⁺～5e^-；Fe²⁺～Fe³⁺～e^-；依据电子守恒，铁离子和亚铁离子前乘5，依据原子守恒和电荷守恒得到反应的离子方程式为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
（5）MnO₄^-为紫色，滴定终点时，加入最后一滴酸性高锰酸钾溶液的紫色不褪去，溶液由无色被紫色且30s内无变化，说明滴定到终点，
故答案为：滴入最后一滴KMnO₄溶液时，锥形瓶内溶液变为紫色，且30s内不褪去；
（6）三次滴定测得酸性KMnO₄溶液的用量平均值为VmL，消耗KMnO₄的物质的量为V×10^-3L×0.1000mol•L^-1=V×10^-4mol，MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
n（Fe²⁺）=5V×10^-4mol，则（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的质量为5V×10^-4mol×392g/moL，硫酸亚铁铵样品的纯度为$\frac{5V×1{0}^{-4}mol×392g/moL×\frac{500mL}{25.00mL}}{mg}$×100%=$\frac{3.92V}{m}$×100%，
故答案为：$\frac{3.92}{m}$×100%；
（7）亚铁离子易被氧化，通过亚铁离子量的测定，计算（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的物质的量不准确，但硫酸根离子不被氧化，铵根离子在溶液中也不易被氧化，所以通过测定硫酸根离子的物质的量或铵根离子的物质的量来计算硫酸亚铁铵的量，
故答案为：通过测定硫酸根离子的物质的量或铵根离子的物质的量来计算硫酸亚铁铵的量．

点评 本题以莫尔盐的制备为载体，考查盐类水解、氧化还原反应、氧化还原反应滴定应用、物质分离提纯等有关实验操作以及在新情境下综合运用知识解决问题的能力．题目难度中等．