学文网文章编号:1005-6629(2010)05-0074-02 中***分类号:O741+.3 文献标识码:E
硫酸亚铁铵晶[(NH4)2SO4・FeSO4・6H2O]俗称摩尔盐。有关摩尔盐性质的试题,可对学生的实验能力、观察能力、思维能力、自学能力、探究能力等进行全面综合考查,因此,在全国各地水平测试中受到广泛关注。我们相信,在高考化学中,摩尔盐必将会有一席之地。只要我们具备下述摩尔盐的相关知识,就可在解答有关摩尔盐试题时,呼风唤雨,点石成金。
1 摩尔盐的独特性质
1. 物理性质:浅绿色,易溶于水、不溶于乙醇等有机溶剂,在水中的溶解度比FeSO4和 (NH4)2SO4都要小。
2. 化学性质:
(1)能水解:NH4++H2O NH3・H2O+H;
Fe2++2H2O Fe(OH)2+2H+
(2)具有还原性:Fe2+有还原性,遇到氧化剂(酸性KMnO4溶液、氯水、HNO3、O2、H2O2等),Fe2+被氧化成Fe3+。摩尔盐比硫酸亚铁稳定。一般的亚铁盐在空气中易被氧化,但形成摩尔盐后却比较稳定,在空气中不易氧化。
(3)不稳定性: 加热时容易发生分解反应[(NH4)2 SO4・FeSO4・6H2O (NH4)2SO4+FeSO4+6H2O]或氧化还原反应。
(4)具有NH4+、Fe2+、SO42-的化学性质。
2 摩尔盐的制备实验原理
1. 铁屑溶于稀硫酸,生成硫酸亚铁:
Fe+H2SO4=FeSO4+H2
2. 硫酸亚铁与等物质的量的硫酸铵在水溶液中相互作用,生成溶解度较小的浅绿色硫酸亚铁铵复盐晶体:
FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O=FeSO4・(NH4)2SO4・6H2O
下面我们根据一道摩尔盐的化学水平测试题,进行分析。
例1. 将绿矾(FeSO4・7H2O)和硫酸铵以相等的物质的量混合可制得摩尔盐晶体。
(NH4)2SO4+FeSO4+6H2O=(NH4)2SO4・FeSO4・6H2O
请根据下***(***1)回答相关问题:
(1)步骤1中Na2CO3的主要作用是______;小火加热的目的是________________;步骤1中采用的是倾析法分离出铁屑,下列情况适合用倾析法的有:______
A. 沉淀的颗粒较***. 沉淀容易沉降
C. 沉淀呈胶状D. 沉淀呈絮状
(2)步骤2中铁屑过量的目的是(用离子方程式表示)____________;步骤2中水浴加热的优点是____________;水浴加热的目的是__________;步骤2中溶液趁热过滤的原因是____________。
(3)步骤3中, 加入(NH4)2SO4固体后,要得到摩尔盐晶体,需经过的实验操作包括:加热蒸发、____________、____________;步骤3中加热是为了蒸发溶剂,浓缩结晶。但该实验中,要得到摩尔盐晶体,应加热到____________时,停止加热。为什么不能蒸干?____________步骤3中可以用如下装置进行过滤:
①这种过滤方式称为____________
②这种过滤跟普通过滤相比,除了过滤速度快外,还有一个优点是____________。
(4)步骤3中制得的晶体过滤后用无水乙醇洗涤的目的是________________________。
(5)为检验硫酸亚铁铵晶体中的NH4+、Fe2+、SO42-,
①甲同学提出可以用湿润的_______试纸、稀盐酸和_______溶液检验出这三种离子。
②乙同学提出检验产品中的Fe2+ ,可以用KSCN溶液和另一种试剂_______,试简述操作和现象:______________。
③但是实际操作中,乙同学加入KSCN溶液后发现溶液变为浅红色,于是对自己提出的方法产生了怀疑。丙同学仔细思考后认为,可以从另一现象证明产品中含有Fe2+,该现象是_____________。
(6)制得的摩尔盐样品中往往含有极少量的Fe3+。为了测定摩尔盐产品中Fe2+的含量,一般采用在酸性条件下用KMnO4标准液滴定的方法。称取4.0 g的摩尔盐样品,溶于水,并加入适量稀硫酸。用0.2 mo1・L-1 KMnO4溶液滴定,当溶液中Fe2+全部被氧化时,消耗KMnO4溶液体积 10.00 mL。
①请完成上述滴定过程中发生的离子方程式:
___Fe2++___MnO4-+( )=___Mn2++___ Fe3++___H2O
②本实验的指示剂是____________。
(A.酚酞B.甲基橙 C.石蕊 D.不需要)
③KMnO4溶液置于_________(酸式、碱式)滴定管中。
④终点颜色的变化:____________。
⑤产品中Fe2+的质量分数为_________。
解析: (1)Na2CO3水解(CO32-+H2OHCO3-+ OH-)呈碱性,Na2CO3的主要作用是除去铁屑表面的油污;CO32-+H2O HCO3-+ OH-是吸热反应,升温时水解增强,溶液碱性增强,去油污能力增强;倾析法分离应满足:①固体不溶于液体;②固体比较大;③固体密度比液体大。故适合用倾析法的有A(沉淀的颗粒较大)、 B(沉淀容易沉降)。
(2)步骤2中铁屑过量的目的是防止Fe3+的生成,其离子方程式为Fe+2Fe3+=3Fe2+; 水浴加热的优点是,受热均匀,便于控制温度;水浴加热的目的是加速铁与H2SO4溶液反应;步骤2中溶液趁热过滤的原因是,防止溶液冷却时析出FeSO4而造成损失。
(3)步骤3中, 加入(NH4)2SO4固体后,要得到摩尔盐晶体,需经过的实验操作包括:
加热蒸发、冷却结晶、过滤;摩尔盐晶体在加热时容易发生分解反应或氧化还原反应,故要得到摩尔盐晶体,应加热到溶液表面出现结晶膜时,停止加热;若完全蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中并且晶体会受热分解或氧化。(从NaCl溶液得到NaCl固体:应加热到大量晶体析出时,停止加热,用余热蒸干)
①减压过滤(也称抽滤或吸滤)
②这种过滤跟普通过滤相比,除了过滤速度快外,还有一个优点是,能得到较干燥的沉淀。
(4)步骤3中制得的晶体过滤后用无水乙醇洗涤的目的是,利用乙醇的挥发,除去晶体表面附着的水分,减少晶体在洗涤时的溶解。
(5)检验硫酸亚铁铵晶体中的NH4+检验的方法是,加碱产生NH3并用红色石蕊试纸检验;Fe2+检验的方法是加碱或KSCN溶液和氯水;SO42-检验的方法是用Ba2+。
①甲同学提出用湿润的红色石蕊试纸、稀盐酸和Ba(OH)2溶液可检验出这三种离子。
②乙同学提出检验产品中的Fe2+,可以用KSCN溶液和另一种试剂氯水来检验,其操作和现象是:先加KSCN溶液,无明显变化,再加氯水,溶液呈血红色。③但是实际操作中,乙同学加入KSCN溶液后发现溶液变为浅红色,说明Fe2+只有部分氧化成Fe3+,于是对自己提出的方法产生怀疑。丙同学仔细思考后认为,可以从另一现象证明产品中的Fe2+,该现象是:继续滴加氯水后,溶液的红色明显加深。
(6)① 5Fe2++1MnO4-+(8H+)=1Mn2++5Fe3++4H2O
② KMnO4溶液本身是紫色,当KMnO4溶液滴定Fe2+时,溶液中Fe2+会全部被氧化,溶液由浅绿色变为浅红色,故本实验不需要指示剂,答案为D。
③ 由于酸性KMnO4溶液有很强的氧化性,故KMnO4溶液应置于酸式滴定管中。
④ 终点颜色的变化:溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色;
⑤ 5Fe2+ MnO4-
5×56 g1 mol
x0.2 mo1・L-1×0.010 L
x=0.56 g Fe2+ %=0.56/4.0×100 %=14 %
产品中Fe2+的质量分数为14 %。
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