Question

15．绿矾（FeSO₄•7H₂O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分．下面是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法：

已知：室温下饱和H₂S溶液的pH约为3.9，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为5.5．
（1）检验制得的绿矾晶体中是否含有Fe³⁺的实验操作是取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若溶液不显红色，则溶液中不含Fe³⁺．
（2）操作II中，通入硫化氢至饱和的目的是除去溶液中的Sn²⁺离子，并防止Fe²⁺被氧化；在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是防止Fe²⁺离子生成沉淀．
（3）操作IV的顺序依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤．
（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗．
（5）测定绿矾产品中Fe²⁺含量的方法是：a．称取2.8500g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL．
①滴定时发生反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O．
②判断此滴定实验达到终点的方法是滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色．
③计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为0.975（用小数表示，保留三位小数）．

Answer 1

分析 铁屑加入稀硫酸生成硫酸亚铁、硫酸锡，过滤后得到滤液，将滤液加入稀硫酸酸化，并通入硫化氢，可生成SnS沉淀并防止亚铁离子被氧化，过滤后得到滤液为硫酸亚铁，经蒸发浓硫酸、冷却结晶、过滤可得到FeSO₄•7H₂O，
（1）KSCN溶液遇铁离子溶液呈血红色，所以可以用KSCN溶液检验铁离子；
（2）依据流程关系图分析，通入硫化氢制饱和，硫化氢是强还原剂，目的是沉淀锡离子，防止亚铁离子被氧化；在H₂S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，操作Ⅱ加入稀硫酸调节溶液PH=2为了除去杂质离子Sn²⁺；
（3）操作IV的目的是从滤液中析出绿矾晶体，利用蒸发浓缩，结晶洗涤得到晶体；
（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤目的是洗去表面杂质，温度降低绿矾溶解度降低，减少绿矾晶体的损失；
（5）①KMnO₄酸性溶液与Fe²⁺反应时被还原为Mn²⁺，亚铁离子被氧化成铁离子，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
②利用高锰酸钾溶液紫红色指示反应终点；
③依据滴定实验的反应终点时发生的反应为 5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，由消耗的高锰酸钾的物质的量可求得亚铁离子的物质的量，即FeSO₄•7H₂O的物质的量，由此计算出样中纯FeSO₄•7H₂O的质量，进而计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数．

解答 解：铁屑加入稀硫酸生成硫酸亚铁、硫酸锡，过滤后得到滤液，将滤液加入稀硫酸酸化，并通入硫化氢，可生成SnS沉淀并防止亚铁离子被氧化，过滤后得到滤液为硫酸亚铁，经蒸发浓硫酸、冷却结晶、过滤可得到FeSO₄•7H₂O，
（1）KSCN溶液遇铁离子溶液呈血红色，所以可以用KSCN溶液检验铁离子，具体操作为取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若溶液不显红色，则溶液中不含Fe³⁺，
故答案为：取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若溶液不显红色，则溶液中不含Fe³⁺；
（2）通入硫化氢至饱和的目的是：硫化氢具有强还原性，可以防止亚铁离子被氧化，已知：在H₂S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为5.5，操作Ⅱ在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是，在溶液PH=2时，Sn²⁺完全沉淀，亚铁离子不沉淀，
故答案为：除去溶液中的Sn²⁺离子，并防止Fe²⁺被氧化；防止Fe²⁺离子生成沉淀；
（3）溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，结晶析出，过滤洗涤等，所以操作IV的顺序依次为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤，
故答案为：蒸发浓缩；过滤、洗涤；
（4）冰水温度低，物质溶解度减小，可以洗去沉淀表面的杂质离子，避免绿矾溶解带来的损失，
故答案为：降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗；
（5）①KMnO₄酸性溶液与Fe²⁺反应时被还原为Mn²⁺，亚铁离子被氧化成铁离子，反应的离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，
故答案为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O；
②滴定实验达到终点时，滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色，
故答案为：滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色；
③a．称取2.8500g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL，则
5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
5              1
n（Fe²⁺） 0.01000mol/L×0.0200L
计算得到；n（Fe²⁺）=0.001mol；
则250mL溶液中含Fe²⁺=0.001mol×$\frac{250}{25}$=0.01mol；
FeSO₄•7H₂O物质的量为0.01mol，质量=0.01mol×278g/mol=2.78g；
质量分数=$\frac{2.78g}{2.85g}$×100%=0.975，
故答案为：0.975．

点评 本题考查了铁盐亚铁盐的性质应用，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，题目着重于分离混合物的实验方法设计和分析判断的考查，注意把握滴定实验的分析判断，数据计算，误差分析的方法，题目难度中等．