高中化學(xué)第二單元物質(zhì)的獲取2.2.1硫酸亞鐵銨的制備課件新人教版.ppt

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課題二物質(zhì)的制備 第1課時(shí)硫酸亞鐵銨的制備 1 以用廢鐵屑制備硫酸亞鐵銨為例 初步體驗(yàn)無機(jī)物制備的過程 2 掌握水浴加熱 過濾 蒸發(fā) 洗滌等基本操作 3 體驗(yàn)利用溶解度的差異制備物質(zhì)的過程 一 二 一 制備物質(zhì)的基本流程1 原料的選擇制備物質(zhì)的原料既可以選用自然界中原有的物質(zhì) 也可以選擇一些廢棄物 但是 不論選擇什么樣的原料 所選擇的原料中必須含有目標(biāo)產(chǎn)品中的組分或新化合物中的某個(gè) 子結(jié)構(gòu) 或可能轉(zhuǎn)化為某個(gè) 子結(jié)構(gòu) 一 二 2 制乙酰水楊酸的原料為 2 反應(yīng)路徑的設(shè)計(jì)原料確定后 應(yīng)根據(jù)原料性質(zhì) 設(shè)備條件等設(shè)計(jì)反應(yīng)路徑 例如用Cu 濃硝酸 稀硝酸為原料制備Cu NO3 2 可有如下多種實(shí)驗(yàn)方案 選擇方案3的理由是不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境造成污染的物質(zhì) 且制得相同質(zhì)量的硝酸銅 硝酸的利用率高 一 二 3 實(shí)驗(yàn)條件的選擇實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí) 所制備物質(zhì)的狀態(tài) 性質(zhì)也可能不同 1 向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液的化學(xué)方程式為 2 向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液的化學(xué)方程式為 一 二 二 硫酸亞鐵銨的制備1 硫酸亞鐵銨的性質(zhì)硫酸亞鐵銨 NH4 2SO4 FeSO4 6H2O 為淺綠色晶體 商品名稱為莫爾鹽 是一種復(fù)鹽 一般亞鐵鹽在空氣中易被氧氣氧化 形成復(fù)鹽后就比較穩(wěn)定 與其他復(fù)鹽一樣 硫酸亞鐵銨在水中的溶解度比組成它的每一種鹽 FeSO4或 NH4 2SO4 的溶解度都小 利用這一性質(zhì)可以制取硫酸亞鐵銨晶體 將含有FeSO4和 NH4 2SO4的溶液蒸發(fā) 濃縮 冷卻后結(jié)晶可得到硫酸亞鐵銨晶體 2 硫酸亞鐵銨的制備將鐵屑與稀硫酸反應(yīng)可制得FeSO4溶液 然后加入等物質(zhì)的量的 NH4 2SO4 加熱濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜為止 放置冷卻 則析出硫酸亞鐵銨晶體 有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下 一 二 實(shí)驗(yàn)步驟 該制備實(shí)驗(yàn)的操作過程主要分為三個(gè)步驟 即鐵屑的凈化 硫酸亞鐵的制備和硫酸亞鐵銨晶體的制備 1 稱取3g鐵屑 放入錐形瓶中 向其中加入15mL10 Na2CO3溶液 小火加熱10min以除去鐵屑表面的油污 將剩余的堿液倒掉 用蒸餾水把Fe沖洗干凈 即傾析法 干燥后稱其質(zhì)量 記為m1 Fe 2 將稱量好的鐵屑放入潔凈的錐形瓶中 向其中加入15mL3mol L 1H2SO4溶液 放在水浴中加熱至不再有氣體生成為止 有氫氣生成 用明火加熱注意安全 趁熱過濾 并用少量熱水洗滌錐形瓶及濾紙 將濾液和洗滌液一起轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中 將濾紙上的固體干燥后稱重 記為m2 Fe 反應(yīng)掉的鐵的質(zhì)量m Fe m1 Fe m2 Fe 進(jìn)而可計(jì)算得生成FeSO4的物質(zhì)的量 一 二 3 根據(jù)FeSO4的物質(zhì)的量 計(jì)算等物質(zhì)的量的 NH4 2SO4的質(zhì)量 稱取 NH4 2SO4并將其加入制得的硫酸亞鐵溶液中 緩緩加熱 濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜為止 放置冷卻 得到硫酸亞鐵銨的晶體 過濾 并用少量無水乙醇洗去晶體表面附著的水分 觀察硫酸亞鐵銨的顏色和狀態(tài) 4 稱量 保存 一 二 一 物質(zhì)制備方案的選擇原則1 條件合適 操作方便 2 設(shè)計(jì)合理 步驟簡(jiǎn)單 3 原料易得 價(jià)格低廉 4 產(chǎn)物純凈 產(chǎn)量較高 5 易于分離 污染物少 一 二 二 硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1 鐵屑的選擇 1 為縮短反應(yīng)時(shí)間 應(yīng)設(shè)法增大鐵的表面積 最好選用刨花車間加工的生鐵碎鐵屑 絲 或選用細(xì)彈簧彎曲狀廢鐵 廢舊鐵絲紗窗也可 但凈化處理 烘干后要剪成小段 2 避免使用銹蝕程度過大的鐵屑 因其表面Fe2O3過多 會(huì)導(dǎo)致Fe3 留在溶液中而影響產(chǎn)品的質(zhì)量 3 市售的清潔用鋼絲球不適合作為原料 因?yàn)殇摻z球中金屬鉻 鎳含量較高 最終會(huì)導(dǎo)致鉻 鎳化合物進(jìn)入產(chǎn)品 一 二 2 鐵屑先要除去油污 因?yàn)椴怀ビ臀鄄焕谙乱徊借F屑與硫酸的反應(yīng) 根據(jù)鹽類水解知識(shí)可知 升高溫度 促進(jìn)Na2CO3的水解 溶液堿性增強(qiáng) 去油污能力增強(qiáng) 所以除污用熱碳酸鈉溶液 鐵屑與碳酸鈉溶液加熱除油后用傾析法倒掉溶液 先用自來水再用蒸餾水將鐵屑洗滌干凈 可以用pH試紙檢驗(yàn)洗滌液的pH來確定鐵屑是否洗凈 然后干燥稱量 3 與鐵屑反應(yīng)的硫酸濃度不宜太大或太小 濃度小 反應(yīng)慢 濃度太大 易產(chǎn)生Fe3 SO2 使溶液出現(xiàn)黃色 為加快反應(yīng)需加熱 但最好控溫在60 以下 一 二 4 反應(yīng)中鐵要稍過量 鐵與稀硫酸反應(yīng)臨近結(jié)束時(shí) 可剩下一點(diǎn)鐵屑 這是因?yàn)橛蠪e存在可以還原氧化生成的Fe3 保證Fe2 穩(wěn)定 純凈地存在 減少產(chǎn)物中的Fe3 雜質(zhì) 硫酸亞鐵的制備要振蕩 及時(shí)使鐵屑回落進(jìn)入酸液反應(yīng) 注意分次補(bǔ)充少量水 可防止FeSO4析出 也可控制硫酸濃度不過大 5 硫酸亞鐵的制備反應(yīng)基本結(jié)束后 為防止水解 加1mLH2SO4溶液 為防止因冷卻使FeSO4晶體析出而造成損失 采用趁熱過濾 因?yàn)镕eSO4在低溫時(shí)溶解度較小 如果不趁熱過濾就會(huì)有FeSO4 7H2O析出 過濾完后用少量的熱水洗滌2 3次 但所用熱水不可過多 否則后面濃縮結(jié)晶溶液時(shí)所用時(shí)間較長(zhǎng) 一 二 6 注意計(jì)算 NH4 2SO4的用量 基本保持 NH4 2SO4和FeSO4的物質(zhì)的量之比是1 1 溶解之前按溶解度計(jì)算蒸餾水的用量并煮沸 7 蒸發(fā)濃縮初期要攪拌 發(fā)現(xiàn)結(jié)晶薄膜出現(xiàn)后停止攪拌 冷卻后可結(jié)晶得到顆粒較大或塊狀的晶體 便于分離 產(chǎn)率高 質(zhì)量好 8 最后得到的 NH4 2SO4 FeSO4 6H2O晶體 用無水乙醇洗滌2 3次 洗去晶體表面附著的水分 洗滌莫爾鹽用無水乙醇 不能用水 莫爾鹽不溶于乙醇 但易溶于水 用無水乙醇可以除去水 易于干燥 知識(shí)點(diǎn)1 知識(shí)點(diǎn)2 知識(shí)點(diǎn)1物質(zhì)制備原理的設(shè)計(jì) 例題1 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn) 下列從原料及試劑分別制取相應(yīng)的最終產(chǎn)物的設(shè)計(jì)中 理論上正確 操作上可行 經(jīng)濟(jì)上合理的是 知識(shí)點(diǎn)1 知識(shí)點(diǎn)2 解析 A項(xiàng) 讓碳在空氣中燃燒生成產(chǎn)物CO 可行性差 經(jīng)濟(jì)上也不合理 步驟COCO2多余 且要生成Na2CO3 NaOH需過量 因此CO2的量不好控制 B項(xiàng) 雖然原理上可行 但硝酸銀的價(jià)格太高 經(jīng)濟(jì)上不合理 C項(xiàng) Fe在氧氣中燃燒生成Fe3O4 原理上不正確 D項(xiàng)符合要求 答案 D點(diǎn)撥本題是對(duì)物質(zhì)制備優(yōu)化路徑選擇的考查 物質(zhì)的制備過程要考慮反應(yīng)的科學(xué)性 能進(jìn)行 可行性 可控 經(jīng)濟(jì)性 轉(zhuǎn)化率高 安全 無污染 等 知識(shí)點(diǎn)1 知識(shí)點(diǎn)2 知識(shí)點(diǎn)2硫酸亞鐵銨的制備 例題2 根據(jù)硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn) 回答下列問題 1 加入 NH4 2SO4的質(zhì)量為 用含m1 Fe m2 Fe 的代數(shù)式表示 2 制得的晶體過濾后用無水乙醇洗滌而不用蒸餾水 根據(jù)是 3 濃縮時(shí)能否蒸發(fā)至干 為什么 4 制取FeSO4時(shí) 加入的Fe為什么要過量 知識(shí)點(diǎn)1 知識(shí)點(diǎn)2 解析 1 根據(jù)反應(yīng)掉的鐵的質(zhì)量m Fe m1 Fe m2 Fe 進(jìn)而可計(jì)算生成FeSO4的物質(zhì)的量 確定 NH4 2SO4質(zhì)量的方法 Fe FeSO4 NH4 2SO4 m NH4 2SO4 2 洗滌莫爾鹽用無水乙醇 不能用水 莫爾鹽不溶于乙醇 但易溶于水 用無水乙醇可以除去水 易于干燥 3 濃縮結(jié)晶莫爾鹽時(shí)要用小火加熱 加熱濃縮初期可輕微攪拌 但注意觀察晶膜 若有晶膜出現(xiàn) 則停止加熱 防止莫爾鹽失水 更不能蒸發(fā)至干 蒸干時(shí)溶液中的雜質(zhì)離子會(huì)被帶入晶體中 晶體可能會(huì)受熱分解或被氧化 4 剩下一點(diǎn)鐵屑 可以還原氧化生成的Fe3 保證Fe2 穩(wěn)定 純凈地存在 減少產(chǎn)物中的Fe3 雜質(zhì) 知識(shí)點(diǎn)1 知識(shí)點(diǎn)2 答案 2 減少晶體在洗滌時(shí)的溶解 3 不能 因?yàn)?蒸干時(shí)溶液中的雜質(zhì)離子會(huì)被帶入晶體中 蒸干時(shí)晶體會(huì)受熱分解或被氧化 4 防止Fe2 被氧化成Fe3 點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)要使硫酸亞鐵和硫酸銨之間的物質(zhì)的量相等 關(guān)鍵之一是鐵屑的稱量要準(zhǔn)確 因此兩次稱量鐵屑的質(zhì)量時(shí)要充分干燥 保證m1 Fe 和m2 Fe 準(zhǔn)確 另外在過濾FeSO4溶液時(shí)要趁熱過濾 否則FeSO4在過濾時(shí)會(huì)析出 使得到的硫酸亞鐵減少 而硫酸銨的質(zhì)量是根據(jù)m1 Fe m2 Fe 計(jì)算得出的 如果FeSO4損失會(huì)使 NH4 2SO4的物質(zhì)的量偏大 1234 1工業(yè)上用硫酸和廢鐵屑制備硫酸亞鐵時(shí) 為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量 常采取的措施是 A 硫酸過量B 鐵屑過量C 硫酸和鐵的物質(zhì)的量之比為1 1D 需要用濃硫酸解析 鐵屑過量可以還原氧化生成的Fe3 Fe 2Fe3 3Fe2 保證Fe2 穩(wěn)定 純凈地存在 減少產(chǎn)物中的Fe3 雜質(zhì) 答案 B 1234 2實(shí)驗(yàn)室配制和保存硫酸亞鐵溶液 應(yīng)采取的正確措施為 把蒸餾水煮沸 以趕走水中溶解的O2 溶解時(shí)加入少量稀硝酸 加入少量還原鐵粉 并充分振蕩 加入少量稀硫酸 并裝入棕色試劑瓶中A B C D 解析 FeSO4的配制和保存主要是抑制Fe2 的水解和防止Fe2 被氧化 答案 D 1234 3某氯堿廠利用廢鐵皮制取凈水劑FeCl3溶液 最合理的生產(chǎn)途徑是 解析 A項(xiàng)中的高溫條件需要消耗大量能量 生成的FeCl3固體可能混有Fe 加水后Fe與部分FeCl3反應(yīng)會(huì)生成FeCl2 A項(xiàng)錯(cuò)誤 C項(xiàng)中H2與Cl2光照易發(fā)生爆炸 C項(xiàng)錯(cuò)誤 D項(xiàng)中除H2與Cl2光照會(huì)發(fā)生爆炸外 鐵高溫燃燒會(huì)生成Fe3O4 D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 1234 4某同學(xué)從CuSO4溶液開始制Cu NO3 2晶體 設(shè)計(jì)了如下線路 說明該方案的錯(cuò)誤之處及其原因 試設(shè)計(jì)一個(gè)合理的方案 解析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)的要求是 原理正確 方法簡(jiǎn)單 操作方便 現(xiàn)象明顯 產(chǎn)率高 誤差小 安全等 本題涉及的知識(shí)有 化學(xué)反應(yīng)關(guān)系 環(huán)境污染 Cu2 水解與晶體的獲得等 題中用CuSO4與Fe反應(yīng)制金屬Cu 由于Fe與Cu均屬固體 故反應(yīng)后Cu中易混有鐵雜質(zhì)而使制出的Cu NO3 2溶液中混有Fe3 且Cu與HNO3反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氮氧化物 制得的Cu NO3 2溶液在濃縮過程中會(huì)因Cu2 的水解 Cu2 2H2OCu OH 2 2H 而得不到純凈的Cu NO3 2 6H2O 1234 由于CuSO4溶液不能與HNO3反應(yīng)直接制得Cu NO3 2溶液 把CuSO4轉(zhuǎn)化為Cu單質(zhì)與HNO3反應(yīng)的做法又不可行 那么 我們能否把CuSO4轉(zhuǎn)化為一種能與HNO3反應(yīng)的化合物 考慮HNO3的性質(zhì) 我們可把CuSO4轉(zhuǎn)化為堿或鹽 此時(shí)可想到Cu OH 2或CuCO3 選擇常見試劑NaOH或Na2CO3即可達(dá)到目的 得到的Cu NO3 2溶液不能用加熱的方法得到晶體 那么我們可考慮降溫的辦法 聯(lián)想到固體物質(zhì)的溶解度多是隨溫度升高而增大 故采用降溫結(jié)晶的辦法應(yīng)是可行的 1234 答案 用Fe置換Cu易在Cu中混入Fe 從而使Cu NO3 2溶液中混入Fe3 用HNO3與Cu反應(yīng) 易產(chǎn)生污染空氣的氮氧化物 濃縮時(shí) Cu2 會(huì)因水解而得不到純凈的Cu NO3 2 6H2O