Question

4．綠礬（FeSO₄•7H₂O）在生活生產(chǎn)和科學(xué)研究上都有著廣泛的應(yīng)用．某研發(fā)小組在實(shí)驗(yàn)室利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵）等物質(zhì)通過下列流程制備綠礬：

（1）實(shí)驗(yàn)過程中，攪拌、過濾都要用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒．

（2）加入少量FeCO₃的目的是為了調(diào)節(jié)溶液的pH，而使溶液中的某些金屬陽離子轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的氫氧化物沉淀．
①溶液中有關(guān)金屬離子轉(zhuǎn)化為相應(yīng)氫氧化物沉淀時，其濃度與溶液pH的關(guān)系如右圖所示，則加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH時，溶液的pH應(yīng)調(diào)節(jié)為5.0～5.8（填范圍）．過濾I所得濾渣的主要成分是Al（OH）₃（填化學(xué)式）
②檢驗(yàn)過濾I得到的濾液中是否含有CO₃^2-離子的實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)論是取少量濾液于試管中，滴加稀HCl，若有無色無味能使澄清石灰水變渾濁的氣體產(chǎn)生，則證明濾液中含有CO₃^2-，若無明顯現(xiàn)象，則濾液中不含CO₃^2-．
（3）綠礬在制備過程中易被部分氧化為硫酸鐵．現(xiàn)取7.32g綠礬固體樣品完全溶于稀鹽酸后，加入足量的BaCl₂溶液，充分反應(yīng)、過濾得濾液和9.32g沉淀；在向?yàn)V液中通入112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氯氣恰好將其中的Fe²⁺全部氧化．
①7.32g該綠礬固體中，含F(xiàn)eSO₄為0.01mol．
②試計(jì)算確定該綠礬固體的化學(xué)式．（寫出計(jì)算過程）③根據(jù)所學(xué)知識，請給出制備綠礬過程中減少其中的FeSO₄被氧化的措施加入過量鐵屑，隔離空氣．

Answer 1

分析 廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵）等物質(zhì)在稀硫酸中溶解得到溶液中含有硫酸亞鐵、硫酸鐵和硫酸鋁，加入廢鐵屑過量的目的是利用鐵還原溶液中的硫酸鐵為硫酸亞鐵，加入FeCO₃攪拌調(diào)節(jié)溶液PH5.0-5.8使鋁離子全部沉淀，亞鐵離子不沉淀，過濾得到濾渣主要是氫氧化鋁沉淀和過量的廢鐵屑，濾液為硫酸亞鐵溶液通過濃縮、結(jié)晶、過濾得到綠礬晶體，
（1）溶解攪拌和過濾都用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒；
（2）①加入少量FeCO₃的目的是為了調(diào)節(jié)溶液的pH使鋁離子全部沉淀生成氫氧化鋁沉淀，亞鐵離子不沉淀；
②通常用稀鹽酸和澄清石灰水檢驗(yàn)CO₃^2-；
（3）根據(jù)沉淀9.32克為硫酸鋇、氯氣的物質(zhì)的量計(jì)算出鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量、再根據(jù)質(zhì)量關(guān)系計(jì)算出含有的結(jié)晶水的質(zhì)量，最后計(jì)算出晶體的化學(xué)式，防止生成的硫酸亞鐵被氧化，應(yīng)加入鐵粉，隔離空氣．

解答 解：（1）溶解攪拌和過濾都用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒，
故答案為：玻璃棒；
（2）①加入少量FeCO₃的目的是為了調(diào)節(jié)溶液的pH使鋁離子全部沉淀生成氫氧化鋁沉淀，亞鐵離子不沉淀，則加入FeCO₃調(diào)節(jié)溶液的pH時，溶液的pH應(yīng)調(diào)節(jié)為
5-5.8使鋁離子全部沉淀生成氫氧化鋁，
故答案為：5.0～5.8，Al（OH）₃；
②過濾Ⅰ得到的濾液是FeSO₄溶液，檢驗(yàn)濾液中含有CO₃^2-的方法是取少量濾液于試管中，滴加稀HCl，若有無色無味能使澄清石灰水變渾濁的氣體產(chǎn)生，則證明濾液中含有CO₃^2-，若無明顯現(xiàn)象，則濾液中不含CO₃^2-，
故答案為：取少量濾液于試管中，滴加稀HCl，若有無色無味能使澄清石灰水變渾濁的氣體產(chǎn)生，則證明濾液中含有CO₃^2-，若無明顯現(xiàn)象，則濾液中不含CO₃^2-；
（3）硫酸鋇的物質(zhì)的量為：$\frac{9.32g}{233g/mol}$=0.04mol，即n（FeSO₄）+3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol，標(biāo)況下112mL氯氣的物質(zhì)的量為：$\frac{112{×10}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.005mol，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式2Fe²⁺～Cl₂可知，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為：n（FeSO₄）=n（Fe²⁺）=2n（Cl₂）0.01mol，則3n（Fe₂（SO₄）₃）=0.04mol-0.01mol=0.03mol，7.32克晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量為：m（H₂O）=7.32g-152g/mol×0.01mol-400g/mol×0.01mol=1.8g，結(jié)晶水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=$\frac{1.8g}{18g/mol}$=0.1mol，所以綠礬晶體中硫酸亞鐵、硫酸鐵、水的物質(zhì)的量之比為0.01mol：0.01mol：0.1mol=1：1：10，所以晶體的化學(xué)式為FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O，
①7.32g該綠礬固體中，含F(xiàn)eSO₄為0.01mol，
故答案為：0.01；
②上述分析計(jì)算得到晶體的化學(xué)式為FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O，故答案為：FeSO₄•Fe₂（SO₄）₃•10H₂O；
③在溶液中加入過量廢鐵屑可以防止亞鐵離子被氧化，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶過程中需要隔離空氣，
故答案為：加入過量鐵屑，隔離空氣．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備的實(shí)驗(yàn)過程分析，制備方法和試劑選擇，注意離子分離的依據(jù)判斷，掌握性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)過程和步驟是解題關(guān)鍵，題目難度中等．