Question

8．實驗室以綠礬（FeSO₄•7H₂O）為鐵源制備補鐵劑甘氨酸亞鐵[（NH₂CH₂COO）₂Fe]．有關物質性質：

甘氨酸（NH2CH2COOH）	檸檬酸	甘氨酸亞鐵
易溶于水，微溶于乙醇、兩性化合物	易溶于水和乙醇，有強酸性和還原性	易溶于水，難溶于乙醇

實驗過程：
I．制備FeCO₃：將0.10mol綠礬于水中，加入少量鐵粉，邊攪拌邊緩慢加入1.1mol•L^-1NH₄HCO₃溶液200mL．反應結束后過濾并洗滌沉淀．
II．制備（NH₂ CH₂ COO）₂Fe：實驗裝置如圖（夾持和加熱儀器已省略），利用A中反應將C中空氣排凈，再將上述沉淀和含0.20mol甘氨酸的水溶液混合后加入C中，滴入檸檬酸并加熱．反應結束后過濾，濾液蒸發(fā)濃縮，加入乙醇，過濾、干燥得到產品．

回答下列問題：
（1）實驗I中：鐵粉的作用是防止二價鐵被氧化；生成沉淀的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（2）實驗II中：
①裝置B中試劑為飽和NaHCO₃溶液．
②當C中空氣排凈后，應停止滴加鹽酸，打開止水夾b，關閉止水夾a
③裝置D中Ca（OH）₂的作用是判斷裝置中控器是否排盡．
④檸檬酸可調節(jié)pH，體系pH與產率的關系如下表：

實驗	1	2	3	4	5	6	7	8
體系pH	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5
產率/%	65.74	74.96	78.78	83.13	85.57	72.98	62.31	56.68

pH過低使產率下降的原因是H⁺會與NH₂CH₂COOH反應；檸檬酸的作用還有bc（填序號）．
a．作反應終點指示劑　     b．防止二價鐵被氧化
c．促進FeCO₃溶解　       d．作催化劑
⑤乙醇的作用是降低甘氨酸亞鐵在水中的溶解度，提高產率和純度．
⑥若產品的質量為m g，則產率為$\frac{m}{20.4}$．
（3）設計實驗方案測定產品中二價鐵含量（不必描述操作過程的細節(jié)）：稱取一定質量的產品溶于水中，加入適量H₂SO₄酸化，用KMnO₄標準溶液滴定，記錄消耗的體積，重復實驗2-3次．（已知產品中存在少量三價鐵，且僅二價鐵可以在酸性條件下被KMnO₄、NaC1O或H₂O₂定量快速氧化．）

Answer 1

分析 （1）二價鐵具有較強的還原性，在制備碳酸亞鐵的過程中，要防止二價鐵被氧化，二價鐵離子與碳酸氫根離子反應生成碳酸鐵沉淀；
（2）①防止揮發(fā)的HCl干擾后面的實驗，故需除去，可選用飽和NaHCO₃溶液；
②當C中空氣排凈后，應停止滴加鹽酸，制備產物，故硬關閉止水夾b，打開止水夾a；
③裝置D中Ca（OH）₂的作用是判斷裝置中控器是否排盡；
④pH過低使產率下降的原因是H⁺會與NH₂CH₂COOH中的氨基反應，檸檬酸有強酸性和還原性，作用還有促進FeCO₃溶解，防止二價鐵被氧化；
⑤由于甘氨酸亞鐵易溶于水，難溶于乙醇，故乙醇的作用是降低甘氨酸亞鐵在水中的溶解度，提高產率和純度； 
⑥根據原子守恒，綠礬中的鐵元素為0.10mol，過程中NH₄HCO₃溶液過量，故根據鐵原子守恒計算，產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$；
（3）測定產品中二價鐵含量，稱取一定質量的產品溶于水中，加入適量H₂SO₄酸化，用KMnO₄標準溶液滴定，記錄消耗的體積，重復實驗2-3次，可根據消耗的高錳酸鉀的量計算二價鐵的量．

解答 解：（1）二價鐵具有較強的還原性，在制備碳酸亞鐵的過程中，為了防止二價鐵被氧化，需加入少量鐵粉，綠礬的水溶液與NH₄HCO₃溶液反應的方程式為 Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：防止二價鐵被氧化；Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（2）①由于稀鹽酸與石灰質制備二氧化碳的過程中，HCl有揮發(fā)性，為了避免揮發(fā)出的HCl干擾后續(xù)試驗，故需除去，可選用飽和NaHCO₃溶液，
故答案為：飽和NaHCO₃溶液；
②當C中空氣排凈后，應停止滴加鹽酸，制備產物，此過程不需要二氧化碳，需要控制左側的物質不能進入右側的反應裝置，故硬關閉止水夾b，打開止水夾a，故答案為：b；a；
③裝置D中Ca（OH）₂的作用是判斷裝置中控器是否排盡，若產生沉淀則需要繼續(xù)除空氣，以免對實驗造成干擾，
故答案為：判斷裝置中控器是否排盡；
④pH過低使產率下降的原因是H⁺會與NH₂CH₂COOH中的氨基反應，檸檬酸有強酸性和還原性，作用還有促進FeCO₃溶解，防止二價鐵被氧化，故答案為：H⁺會與NH₂CH₂COOH反應；bc；
⑤由于甘氨酸亞鐵易溶于水，難溶于乙醇，故乙醇的作用是降低甘氨酸亞鐵在水中的溶解度，提高產率和純度，
故答案為：降低甘氨酸亞鐵在水中的溶解度，提高產率和純度；  
⑥根據原子守恒，綠礬中的鐵元素為0.10mol，過程中NH₄HCO₃溶液過量，故根據鐵原子守恒知理論上產生[（NH₂ CH₂COO）₂ Fe0.10mol，其質量為20.4g，故產率=$\frac{實際產量}{理論產量}$=$\frac{m}{20.4}$，故答案為：$\frac{m}{20.4}$；
（3）測定產品中二價鐵含量，稱取一定質量的產品溶于水中，加入適量H₂SO₄酸化，用KMnO₄標準溶液滴定，記錄消耗的體積，重復實驗2-3次，可根據消耗的高錳酸鉀的量計算二價鐵的量，
故答案為：稱取一定質量的產品溶于水中，加入適量H₂SO₄酸化，用KMnO₄標準溶液滴定，記錄消耗的體積，重復實驗2-3次．

點評 本題考查實驗制備方案，涉及化學反應基本原理、對操作的分析評價、物質分離提純、氧化還原反應滴定應用等，明確原理是解題關鍵，是對學生綜合能力的考查，題目難度中等．