Question

一次趣味化學(xué)活動(dòng)中，王老師向同學(xué)們展示了一瓶標(biāo)簽受損的無(wú)色溶液，如圖所示．要求同學(xué)們進(jìn)行探究：確認(rèn)這瓶溶液究竟是什么溶液？
【提出猜想】王老師提示：這瓶無(wú)色溶液只能是下面四種溶液中的一種：
①硫酸鎂溶液②硫酸鈉溶液③硫酸溶液④硫酸銨溶液
【查閱資料】（1）常溫下，相關(guān)物質(zhì)的溶解度如下：

物質(zhì)	MgSO4	Na2SO4	（NH4）2SO4	H2SO4
溶解度	35.1g	19.5g	75.4g	與水以任意比互溶

（2）（NH₄）₂SO₄的水溶液顯酸性
（3）含NH₄⁺的鹽與堿混合受熱，會(huì)放出NH₃
【實(shí)驗(yàn)探究】（1）通過(guò)查閱資料，小明同學(xué)認(rèn)為猜想②不成立，原因是______．
（2）為確定其他幾種猜想是否正確，小明同學(xué)繼續(xù)進(jìn)行探究：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
①取該溶液少許于試管中，向其中滴加幾滴______溶液	溶液中有白色沉淀生成	猜想①成立
②用玻璃棒蘸取少許原溶液滴在pH試紙上，和比色卡對(duì)照	溶液的pH小于7	猜想③成立

小雅同學(xué)認(rèn)為小明實(shí)驗(yàn)操作②的結(jié)論不正確，她的理由是______．
（3）請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確認(rèn)該溶液是硫酸銨溶液并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
取該溶液少許于試管中， ______	______	猜想④成立，該反應(yīng)的化學(xué)方程式______

（4）定量探究
硫酸銨的制備：工業(yè)上用硫鐵礦（主要成分是FeS₂），經(jīng)過(guò)沸騰焙燒爐內(nèi)通空氣燃燒生成SO₂和Fe₂O₃，SO₂經(jīng)催化劑和氧氣的共同作用在接觸室內(nèi)轉(zhuǎn)化為SO₃，最后SO₃在吸收塔內(nèi)和水的共同作用轉(zhuǎn)化為H₂SO₄．實(shí)驗(yàn)室就是用制得H₂SO₄溶液中通NH₃相互化合制得一瓶上述132g20%（NH₄）₂SO₄溶液．（反應(yīng)中不考慮物質(zhì)的損耗）思考：①在工業(yè)上要把硫鐵礦先碾成粉末再反應(yīng)的原因是______．②要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量是______ g．

Answer 1

解：【實(shí)驗(yàn)探究】（1）某溫度下飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的值不會(huì)大于該溫度下溶質(zhì)的溶解度，常溫下硫酸鈉的溶解度為19.5g，則常溫下它的飽和溶液的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%＜20.0%，因此，該溶液不可能是硫酸鈉，故猜想②不成立；
（2）硫酸鎂、硫酸、硫酸銨三種物質(zhì)中只有硫酸鎂能與堿溶液氫氧化鈉溶液形成氫氧化鎂沉淀，因此，觀察到出現(xiàn)白色沉淀就可判斷溶液為硫酸鎂溶液，說(shuō)明所使用的試劑為氫氧化鈉溶液；由于硫酸溶液、硫酸銨溶液都呈酸性的原因，測(cè)出溶液的pH小于7時(shí)，并不能就斷定溶液為硫酸溶液，也可能是硫酸銨溶液；
（3）只要檢驗(yàn)出溶液中含有銨根離子即可說(shuō)明溶液為硫酸銨，因此可取溶液加入少量氫氧化鈉溶液，然后在試管口放一張濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，觀察到有刺激性氣味氣體產(chǎn)生、試紙變成藍(lán)色，即可說(shuō)明溶液中含有銨根離子，可確認(rèn)溶液為硫酸銨溶液；
（4）①在工業(yè)上要把硫鐵礦先碾成粉末可以促進(jìn)硫鐵礦的燃燒，原因是增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；
②解：根據(jù)反應(yīng)的過(guò)程涉及的方程式為：4FeS₂+11O₂2Fe₂O₃+8SO₂； 2SO₂+O₂2SO₃； SO₃+H₂O═H₂SO₄；2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄；因此FeS₂和（NH₄）₂SO₄的反應(yīng)關(guān)系是
設(shè)需要含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量為x，
FeS₂ ～2（NH₄）₂SO₄
120 2×132
40%x 132g×20%
=
解之得：x=30g，
答：要制得132g20%（NH₄）₂SO₄溶液，需含40% FeS₂的硫鐵礦的質(zhì)量是30g．
故答案為：
【實(shí)驗(yàn)探究】（1）常溫下Na₂SO₄溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不可能達(dá)到20%；
（2）①NaOH；（NH₄）₂SO₄溶液也呈酸性；
（3）

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
向試管中加入少量的NaOH溶液，然后將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙放在試管口	有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，紅色石蕊試紙變藍(lán)	（NH4）2SO4+2NaOH =Na2SO4+2NH3↑+2H2O

（4）①增大硫鐵礦與空氣的接觸面積；②30．
分析：【實(shí)驗(yàn)探究】（1）根據(jù)溶解度與飽和溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系，利用飽和溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為該溫度下該溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大值，由硫酸鈉的溶解度為19.5g而標(biāo)簽上標(biāo)明溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.0%，可判斷猜想②溶液為硫酸鈉溶液是不成立的；
（2）通過(guò)滴加某試劑觀察到出現(xiàn)白色沉淀而判斷溶液為硫酸鎂，根據(jù)三種溶液中溶質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的差異，可判斷所滴加溶液應(yīng)為堿溶液如氫氧化鈉溶液；根據(jù)硫酸溶液和硫酸銨溶液都呈酸性的特點(diǎn)，可判斷由pH小于7就得出溶液為硫酸溶液的說(shuō)法不能成立；
（3）根據(jù)硫酸銨溶液中含有銨根的特殊性，可通過(guò)檢驗(yàn)銨根的存在而確認(rèn)溶液為硫酸銨；
（4）根據(jù)促進(jìn)燃燒的方法分析；根據(jù)硫元素守恒，利用關(guān)系式列式計(jì)算，反應(yīng)的關(guān)系式為：FeS₂～（NH₄）₂SO₄進(jìn)行計(jì)算．
點(diǎn)評(píng)：本題涉及基礎(chǔ)知識(shí)和技能較多，熟練掌握飽和溶液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溶解度的關(guān)系、銨根的檢驗(yàn)、溶液酸堿性與pH關(guān)系等知識(shí)是解答本題的關(guān)鍵．