2019-2020年高中化學(xué)專題七物質(zhì)的制備與合成課題1硫酸亞鐵銨的制備學(xué)案蘇教版選修.doc

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2019-2020年高中化學(xué)專題七物質(zhì)的制備與合成課題1硫酸亞鐵銨的制備學(xué)案蘇教版選修 一、硫酸亞鐵銨的制備 1．實驗原理：硫酸亞鐵銨俗稱摩爾鹽，淺綠色晶體，易溶于水，在空氣中比一般的亞鐵鹽穩(wěn)定，不易被氧化。FeSO4在空氣中容易被氧化，可以用SCN－來檢驗FeSO4溶液是否變質(zhì)。由于硫酸亞鐵銨在水中的溶解度比組成它的簡單鹽硫酸銨和硫酸亞鐵要小，只要將它們按一定的比例在水中溶解、混合，即可制得硫酸亞鐵銨的晶體。 其方法為：將金屬鐵溶于稀硫酸，制備硫酸亞鐵。 Fe＋H2SO4＝FeSO4＋H2↑ 將制得的硫酸亞鐵溶液與等物質(zhì)的量的(NH4)2SO4在溶液中混合，經(jīng)加熱濃縮、冷卻后得到溶解度較小的硫酸亞鐵銨晶體。 FeSO4＋(NH4)2SO4＋6H2O===(NH4)2SO4FeSO46H2O 確定(NH4)2SO4質(zhì)量的方法：Fe～FeSO4～(NH4)2SO4 m[(NH4)2SO4]＝132 2．實驗操作要點 (1)鐵屑要首先除油污，因為廢鐵屑表面有油污，如果不除去不利于鐵屑與硫酸的反應(yīng)。根據(jù)鹽類水解的知識可知，升高溫度，促進Na2CO3的水解，溶液堿性增強，去油污能力增強，所以除污用熱的碳酸鈉溶液。 (2)鐵與稀硫酸反應(yīng)時為加快反應(yīng)速度需加熱，但最好控制溫度在60 ℃以下。若溫度超過60 ℃易生成FeSO4H2O白色晶體，過濾時會殘留在濾紙上而降低產(chǎn)量，對(NH4)2SO4的物質(zhì)的量的確定也有影響，會使(NH4)2SO4的物質(zhì)的量偏高。 (3)反應(yīng)中鐵要稍過量。鐵與稀硫酸反應(yīng)臨近結(jié)束時，可剩下一點鐵屑，這是因為有Fe存在可以還原生成的Fe3＋，減少產(chǎn)物中的Fe3＋雜質(zhì)。 (4)鐵屑溶于酸時要注意分次補充少量水，以防止硫酸亞鐵晶體析出。 (5)過濾FeSO4時一定要趁熱過濾，因為FeSO4在低溫時溶解度較小，如果不趁熱過濾就會有FeSO47H2O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)晶溶液時所用時間較長。 (6)在室溫下將稱出的(NH4)2SO4完全溶解在適量的水中配制成飽和溶液，然后倒入至上一步實驗得到的FeSO4溶液中。緩慢蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)晶膜時為止，此時不宜攪動。待冷卻到室溫時才能過濾，因為摩爾鹽在高溫時溶解度大，高溫時過濾產(chǎn)量低。 (7)洗滌摩爾鹽用無水乙醇，不能用水。摩爾鹽不溶于乙醇，但易溶于水，用無水乙醇可以除去水，易于干燥。 (8)若直接用實驗室提供的已知濃度的FeSO4溶液來制備摩爾鹽，可以根據(jù)FeSO4溶液的濃度與所取溶液計算出FeSO4的物質(zhì)的量n(FeSO4)，再稱取與FeSO4等物質(zhì)的量的硫酸銨的質(zhì)量m[(NH4)2SO4]，常溫下將(NH4)2SO4配成飽和溶液待用。向已知濃度的FeSO4溶液中加少量鐵粉與硫酸加熱濃縮，趁熱過濾后與配好的(NH4)2SO4飽和溶液混合，然后緩緩加熱濃縮，其余步驟同教材實驗。 【例1】硫酸亞鐵銨的化學(xué)式為(NH4)2SO4FeSO46H2O，商品名為摩爾鹽。可由硫酸亞鐵與硫酸銨反應(yīng)生成硫酸亞鐵銨，硫酸亞鐵鹽在空氣中易被氧化，而形成摩爾鹽后就比較穩(wěn)定了。三種鹽的溶解度(單位為g/100 g水)如下表： 溫度/℃ 10 20 30 40 50 70 (NH4)2SO4 73.0 75.4 78.0 81.0 84.5 91.9 FeSO47H2O 40.0 48.0 60.0 73.3 － － (NH4)2SO4FeSO46H2O 18.1 21.2 24.5 27.9 － － (一)實驗室制取少量摩爾鹽的流程如下： 試回答下列問題： (1)步驟1中加入10%Na2CO3溶液的主要作用是除去鐵屑表面的油污，簡述其除去油污的原理______________________________。 (2)將(NH4)2SO4與FeSO4混合后加熱、濃縮，停止加熱的時機是________________。 (3)步驟4中析出的晶體不含(NH4)2SO4和FeSO4的原因是_______________，理論上制得的摩爾鹽的質(zhì)量為__________。 (二)稱取兩份質(zhì)量均為1.96 g的該硫酸亞鐵銨，制成溶液。用未知濃度的酸性KMnO4溶液進行滴定。 (1)滴定時，將酸性KMnO4溶液裝在__________(填“酸式”或“堿式”)滴定管中。試寫出該滴定過程中的離子方程式：________________________________________； (2)判斷該反應(yīng)到達滴定終點的現(xiàn)象為__________________________________； (3)假設(shè)到達滴定終點時，用去V mL酸性KMnO4溶液，則該酸性KMnO4溶液的濃度為__________molL－1。 解析：(一)(1)Na2CO3會發(fā)生水解反應(yīng)使溶液呈堿性，堿性條件下酯類物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)；(2)蒸發(fā)時不能將水蒸干，因為Fe2＋容易被氧化；(3)通過比較表格中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下，(NH4)2SO4FeSO46H2O的溶解度比(NH4)2SO4、FeSO4小，所以析出的是(NH4)2SO4FeSO46H2O，參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量為(m1—m2)g，根據(jù)鐵元素的質(zhì)量守恒：Fe～(NH4)2SO4FeSO46H2O，求出摩爾鹽的質(zhì)量為：7(m1—m2)g。(二)(1)酸性KMnO4溶液具有強氧化性，能夠氧化橡膠管，應(yīng)該用酸式滴定管盛裝；(2)Fe2＋被氧化為Fe3＋，MnO被還原成Mn2＋，則滴定終點時，無色變?yōu)樽仙?，?0 s內(nèi)不褪色，說明達到滴定終點；(3)依據(jù)關(guān)系式：5Fe2＋～MnO，1.96 g的該硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量為0.005 mol，則n(Fe2＋)＝0.005 mol，所以求出n(MnO)＝0.001 mol，c(MnO)＝1/VmolL－1。 答案：(一)(1)熱的Na2CO3溶液呈較強的堿性，在堿性條件下使油脂充分水解而除去 (2)濃縮至液體表面出現(xiàn)晶膜 (3)在相同溫度下，(NH4)2SO4FeSO46H2O的溶解度比(NH4)2SO4、FeSO4小　7(m1—m2) g (二)(1)酸式　5Fe2＋＋MnO＋8H＋＝5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O (2)當(dāng)最后一滴酸性KMnO4溶液滴下時，溶液變成紫色，30 s內(nèi)不褪色，說明達到滴定終點　(3)1/V 1－1硫酸亞鐵銨的化學(xué)式為(NH4)2SO4FeSO46H2O，又名摩爾鹽，是分析化學(xué)中常用的還原劑。某化學(xué)研究小組設(shè)計如下實驗來制備摩爾鹽并測定硫酸亞鐵銨的純度。 步驟一：鐵屑的處理與稱量。在盛有適量鐵屑的錐形瓶中加入Na2CO3溶液，加熱，過濾、洗滌、干燥、稱量，質(zhì)量記為m1。 步驟二：FeSO4的制備。將上述鐵屑加入到一定量的稀硫酸中，充分反應(yīng)后過濾并用少量熱水洗滌錐形瓶和濾紙。濾液及洗滌液完全轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中。濾渣干燥后稱重，質(zhì)量記為m2。 步驟三：硫酸亞鐵銨的制備。準確稱取所需質(zhì)量的(NH4)2SO4加入“步驟二”中的蒸發(fā)皿中，緩緩加熱一段時間后停止，冷卻，待硫酸亞鐵銨結(jié)晶后過濾。晶體用無水乙醇洗滌并自然干燥，稱量所得晶體質(zhì)量。 步驟四：用比色法測定硫酸亞鐵銨的純度。 回答下列問題： (1)步驟三中稱取的(NH4)2SO4質(zhì)量為__________。 (2)①鐵屑用Na2CO3溶液處理的目的是__________。制備FeSO4溶液時，用下圖裝置趁熱過濾，原因是__________。 ②將(NH4)2SO4與FeSO4混合后加熱、濃縮，停止加熱的時機是__________。 ③比色法測定硫酸亞鐵銨純度的實驗步驟為：Fe3＋標準色階的配制、待測硫酸亞鐵銨溶液的配制、比色測定。標準色階和待測液配制時除均需加入少量稀鹽酸外，還應(yīng)注意的問題是__________。 ④該實驗最終通過__________確定硫酸亞鐵銨產(chǎn)品等級。 1－2在足量的稀氯化亞鐵溶液中，加入1～2滴液溴，振蕩后溶液變?yōu)辄S色。 (1)甲同學(xué)認為這不是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是__________(填粒子的化學(xué)式，下同)；乙同學(xué)認為這是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是__________。 (2)現(xiàn)提供以下試劑： A．酸性高錳酸鉀溶液 B．氫氧化鈉溶液 C．四氯化碳 D．硫氰化鉀溶液 請判斷哪位同學(xué)的推斷是正確的，并用兩種方法加以驗證，寫出選用的試劑編號及實驗中觀察到的現(xiàn)象。 ______同學(xué)正確 選用試劑 實驗現(xiàn)象 第一種方法 第二種方法 (3)根據(jù)上述實驗推測，若在稀溴化亞鐵溶液中通入氯氣，首先被氧化的離子是__________；若選用淀粉碘化鉀溶液來判斷哪位同學(xué)的推斷是正確的，你認為是否可以？__________。理由是__________________________。 二、“鐵三角”的轉(zhuǎn)化關(guān)系 鐵的變價特征是本節(jié)知識的重點和難點，在領(lǐng)會Fe3＋具有氧化性、Fe2＋既有氧化性又有還原性、Fe具有還原性的基礎(chǔ)上掌握鐵及其化合物的重要性質(zhì)。 ①Fe―→Fe2＋：鐵與氧化性比較弱的非金屬(如S、I2)、非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸)、不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應(yīng)，都會實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。 ②Fe2＋―→Fe：比較活潑的金屬(如Al、Zn)能從亞鐵鹽溶液中置換出鐵。如：FeCl2＋Zn===ZnCl2＋Fe。 ③Fe―→Fe3＋：鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3、濃硫酸)在一定條件下反應(yīng)都會實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。 ④Fe3＋―→Fe：鐵鹽溶液與活潑的金屬(K、Na、Ca除外)反應(yīng)。如： 2FeCl3＋3Zn(足量)===2Fe＋3ZnCl2。 ⑤Fe2＋―→Fe3＋：亞鐵鹽與強氧化劑反應(yīng)。如： 2FeCl2＋Cl2＝2FeCl3 ⑥Fe3＋―→Fe2＋：鐵鹽溶液與比較強的還原劑反應(yīng)。如：Fe＋2FeCl3===3FeCl2。 2．Fe2＋和Fe3＋離子的檢驗 Fe2＋(淺綠色) Fe3＋(棕黃色或黃色) 加堿溶液 現(xiàn)象 白色沉淀―→灰綠色―→紅褐色 紅褐色沉淀 反應(yīng) Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓ 加KSCN 或NH4SCN 溶液 現(xiàn)象 無明顯現(xiàn)象，若通入Cl2，則溶液呈血紅色 溶液呈血紅色 反應(yīng) 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 【例2】鐵屑溶于過量的稀硫酸，過濾后向濾液中加入適量硝酸，再加入過量的氨水，有紅褐色沉淀生成。過濾、加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，得到紅棕色的殘渣。上述沉淀和殘渣分別為(　　) A．Fe(OH)3；Fe2O3 B．Fe(OH)2；FeO C．Fe(OH)2、Fe(OH)3；Fe3O4 D．Fe2O3；Fe(OH)3 解析：本題旨在考查Fe元素及其重要化合物的性質(zhì)。鐵屑溶于過量的稀硫酸，發(fā) 生反應(yīng)：Fe＋H2SO4(稀)===FeSO4＋H2↑反應(yīng)后過濾，濾液中應(yīng)為FeSO4和H2SO4。加入硝酸后的反應(yīng)為3FeSO4＋4HNO3===Fe2(SO4)3＋Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O即溶液中Fe2＋轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3＋。加入過量氨水時，除中和H2SO4外還將生成紅褐色的Fe(OH)3沉淀：Fe3＋＋3NH3H2O===Fe(OH)3↓＋3NH，加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，則Fe(OH)3完全分解：2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O，所得殘渣為紅棕色的Fe2O3。 答案：A 鐵作為變價金屬，與非氧化性酸反應(yīng)時生成Fe2＋，過量的酸存在條件下，再加入硝酸鹽，硝酸根在酸性條件下具有強氧化性繼續(xù)氧化Fe2＋生成Fe3＋。 2－1適量的鐵粉放入三氯化鐵溶液中，完全反應(yīng)后，溶液中的Fe3＋和Fe2＋濃度相等，則已反應(yīng)的Fe3＋和未反應(yīng)的Fe3＋的物質(zhì)的量之比為(　　) A．2∶3 　　B．3∶2 C．1∶2 D．1∶1 2－2類推的思維方法在化學(xué)學(xué)習(xí)與研究中常會產(chǎn)生錯誤的結(jié)論。因此，類推出的結(jié)論最終要經(jīng)過實踐的檢驗才能決定其正確與否。以下幾種類推結(jié)論中，正確的是(　　) A．Fe3O4可以寫成FeOFe2O3，Pb3O4也可以寫成PbOPb2O3 B．不能用電解AlCl3溶液來制取金屬鋁，也不能用電解MgCl2溶液來制取金屬鎂 C．Fe和S直接化合不能得到Fe2S3，Al和S直接化合也不能得到Al2S3 D．FeS可以和稀硫酸反應(yīng)制取硫化氫氣體，F(xiàn)eS也可以和稀硝酸反應(yīng)制取硫化氫氣體 2－3在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g銅，完全溶解后，再加b g鐵，充分反應(yīng)后得到c g殘余固體，且a＞c，則下列說法正確的是(　　) A．殘余固體是銅和鐵 B．最后得到的溶液中一定含有Cu2＋ C．將殘余固體加入到稀硫酸中，有氣泡產(chǎn)生 D．最后得到的溶液中可能含有Fe3＋ 答案： 【互動課堂】 觸類旁通 1－1　解析：(1)步驟二中的鐵是過量的，目的是防止生成的Fe2＋被氧化，所以m2是過量的鐵粉的質(zhì)量，這參加反應(yīng)的鐵的質(zhì)量為m1－m2，根據(jù)關(guān)系式：Fe～FeSO4～(NH4)2SO4～(NH4)2SO4FeSO46H2O，可知(NH4)2SO4的物質(zhì)的量等于參加反應(yīng)鐵的物質(zhì)的量，得到m〔(NH4)2SO4〕＝132；(2)用鐵屑制取硫酸亞鐵之前要除去表面的油污，制得的硫酸亞鐵既要防止被氧化又要防止結(jié)晶，因此要趁熱減壓過濾，而制取硫酸亞鐵銨時為了使其充分結(jié)晶，應(yīng)冷卻后過濾。 答案：(1)132　(2)①除去鐵屑表面的油污　加快過濾速度，防止FeSO4被氧化；趁熱過濾防止FeSO4從溶液中析出?、跐饪s至液體表面出現(xiàn)晶膜?、蹣藴噬A和待測液的濃度相當(dāng)?、軐⒋郎y液與標準色階的紅色進行比較。 1－2　解析：考查的知識點主要為Fe2＋的還原性及Fe2＋與Br－還原性強弱的比較。 (1)黃色物質(zhì)有Br2和Fe3＋，Br2溶于水呈黃色，含F(xiàn)e3＋的水溶液也呈黃色。 (2)發(fā)生的反應(yīng)為2Fe2＋＋Br2===2Fe3＋＋2Br－。加四氯化碳萃取，如有機層無色可排除甲同學(xué)的看法。加硫氰化鉀溶液，如呈紅色可以說明有Fe3＋，可確定乙同學(xué)的看法是正確的。 (3)Fe2＋與Br－還原性強弱的比較：Fe2＋大于Br－，故先被氧化的離子是Fe2＋；因為Br2和Fe3＋都能把I－氧化成I2，所以不可以用加入淀粉碘化鉀溶液的方法來判斷。 答案：(1)Br2　Fe3＋　(2) 乙同學(xué)正確 選用試劑 實驗現(xiàn)象 第一種方法 C 有機層無色 第二種方法 D 溶液變紅 (3)Fe2＋　不可以　因為Br2和Fe3＋都能把I－氧化成I2 2－1　A　解析：Fe＋2FeCl3===3FeCl2 　　　　　　　 1 mol　2 mol　　3 mol 按方程式中化學(xué)計量數(shù)，2 mol Fe3＋反應(yīng)生成3 mol Fe2＋，又知反應(yīng)后n(Fe3＋)＝n(Fe2＋)＝3 mol，故溶液中應(yīng)有3 mol Fe3＋剩余。故n(Fe3＋)反∶n(Fe3＋)剩＝2∶3。 2－2　B　解析：A項Fe元素的化合價有＋2、＋3價，可將Fe3O4寫成FeO、Fe2O3的形式，但Pb元素的化合價有＋2、＋4價，故不可寫成PbO、Pb2O3；C項Fe與S化合得FeS，但Al與S化合可得Al2S3；D項FeS與稀硫酸可生成H2S，但H2S有還原性，不能用HNO3制取。 2－3　B　解析：因為a＞c，所以最后得到的溶液中一定含有Cu2＋，則殘余固體中一定無鐵，因有固體Cu殘余，則最后溶液中也不可能含有Fe3＋，故A、C、D錯，B正確。