某实验小组先用如图所示装置制备FeSO4溶液,再与等物质的量的(NH4)2SO4反应,制备补血剂硫酸亚铁铵晶体[ (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]。已知:硫酸亚铁铵晶体在空气中不易被氧化,易溶于水,不溶于乙醇。
实验步骤如下:
①称取0.7 g铁粉,用10 mL 10%Na2CO3溶液煮沸洗净,加入烧瓶中,再加入10 mL1 mol/LH2SO4溶液反应。
②保持温度在70~80°C之间,至反应无明显气泡产生,停止加热,过滤,称量残余固体质量。
③向FeSO,溶液中加入一定质量的(NH4)2SO4固体,在70~80℃条件下溶解后,趁热倒入50 mL乙醇中,析出晶体。用95%的酸性乙醇溶液洗涤晶体两次,用滤纸吸干,即可得到硫酸亚铁铵晶体。
回答下列问题:
(1)图中盛装1 mol/L的H2SO4溶液的仪器名称是_____________,若用98%的浓硫酸来配制100 mLH2SO4溶液,需要用到的玻璃仪器有烧杯玻璃棒、量筒、________、_________。图示装置中的加热方式是_______________。
(2)由于加入的铁粉不纯,反应过程中会产生少量PH3气体,因此需使用封闭装置。用CuSO4溶液吸收PH3时会有磷酸和一种紫红色固体生成,则该反应的化学方程式为__________________。
(3)铁粉和硫酸采取步骤①中的配比关系的主要原因是_____________________。
(4)步骤②中,为避免在过滤时析出FeSO4晶体,可采取的措施是________________。
(5)步骤③将溶液趁热倒入50 mL乙醇中,该操作的目的是_____________________。
(6)已知酸性高锰酸钾溶液可与Fe2+发生氧化还原反应: +5Fe2+ +8H+=Mn2++5Fe3++4H2O。现称取3. 30 g (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O (相对分子质量为392)产品(杂质只有FeSO4·7H2O,相对分子质量为278)溶于稀硫酸中,然后用0.10 mol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定,达到终点时消耗了18. 00 mL酸性高锰酸钾溶液。
①滴定终点时的现象是_________________。
②产品中 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的质量分数为_____________(保留4位有效数字)。
答案:
分液漏斗 胶头滴管 100 mL容量瓶 水浴加热 4CuSO4+ PH3+4H2O=H3PO4+4H2SO4+4Cu↓ 铁粉适当过量,防止Fe2+被氧化 趁热过滤 降低硫酸亚铁铵在水中落解的量 当滴入最后一滴酸性 高锰酸钾溶液时,溶液变为浅红色,且半分钟内不褪色 83.15%
【解析】
实验室制备硫酸亚铁铵晶体的原理和步骤如下:①称取略过量的铁粉,加 Na2CO3溶液煮沸,洗去表面的油污,加入烧瓶中,再加入1 mol/LH2SO4溶液反应,铁粉略过量,主要是防止亚铁离子被空气中的氧气氧化,避免后续产品中混入杂质,②水浴70~80°C加热,能加快反应,至反应无明显气泡产生,停止加热,趁热过滤,防止温度下降时硫酸亚铁晶体析出,③向FeSO4溶液中加入等物质的量的(NH4)2SO4固体,在70~80℃条件下溶解得到混合溶液后,趁热倒入50 mL乙醇中,则析出晶体,因为硫酸亚铁铵晶体易溶于水、不溶于乙醇,故加入乙醇就析出了硫酸亚铁铵晶体,过滤,再用95%的酸性乙醇溶液洗涤晶体两次,酒精可溶解晶体表面的杂质、而晶体不溶,酒精挥发又可以带走晶体表面的水分,最后用滤纸吸干,即可得到,据此回答;
(1)图中盛装1 mol/L的H2SO4溶液的仪器名称是分液漏斗,若用98%的浓硫酸来配制100 mLH2SO4溶液,需要用到的玻璃仪器有烧杯玻璃棒、量筒、滴管、100 mL容量瓶,图示装置中的加热方式是水浴加热;
(2)用CuSO4溶液吸收PH3时会有磷酸和一种紫红色固体Cu生成,该反应为氧化还原反应,则结合氧化还原方程式书写规则以及电子得失守恒,化学方程式为:CuSO4+ PH3+4H2O=H3PO4+4H2SO4+4Cu↓;
(3)铁和稀硫酸按照物质的量1:1反应生成硫酸亚铁和氢气,但是亚铁离子极易被氧化为铁离子,为了防止亚铁离子被氧化,通常会在亚铁盐溶液中加入少量的铁粉;故步骤①中铁粉略过量,硫酸略少量,主要原因是铁粉适当过量,防止Fe2+被氧化;
(4) FeSO4的溶解度随温度升高而增大,故步骤②中,为避免在过滤时析出FeSO4晶体,可采取的措施是趁热过滤;
(5)已知:硫酸亚铁铵晶体易溶于水,不溶于乙醇,趁热倒入乙醇,析出晶体,则步骤③将溶液趁热倒入50 mL乙醇中,操作的目的是降低硫酸亚铁铵在水中的溶解度,析出晶体; (6)已知: +5Fe2+ +8H+=Mn2++5Fe3++4H2O,则①用高锰酸钾滴定亚铁离子,当全部亚铁离子都反应完全后,滴入高锰酸钾溶液,锥形瓶中的溶液会变浅红色,且半分钟内不再褪色;即滴定终点时的现象是:当滴入最后一滴酸性 高锰酸钾溶液时,溶液变为浅红色,且半分钟内不褪色;②产品中 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的质量分数计算过程如下:
,得n(Fe2+)=0.0090mol,设FeSO4⋅7H2O的物质的量为x,(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的物质的量为y ,列方程式组: ,得x=0.0020mol y=0.0070mol,故硫酸亚铁铵晶体的质量分数为:。