Question

11．綠礬（FeSO₄•7H₂O）廣泛用于工農業(yè)生產．下面是以市售鐵屑（含少量錫、氧化鐵等雜質）為原料生成純凈綠礬的一種方法：

查詢資料，得有關物質的數據如下表：

25℃時	pH值
飽和H2S溶液	3.9
SnS沉淀完全	1.6
FeS開始沉淀	3.0
FeS沉淀完全	5.5

（1）操作II中，通入硫化氫至飽和的目的是除去Sn²⁺并防止Fe²⁺被氧化；在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是防止Fe²⁺沉淀；
（2）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌，其洗滌的目的是洗去晶體表面的硫酸等雜質；用冰水的原因是降低晶體的溶解度，減少溶解導致FeSO₄•7H₂O的損耗；
（3）次氯酸鹽在堿性條件下氧化硫酸亞鐵可得高冷凈水劑K₂FeO₄，離子方程式為2ClO^-+Fe²⁺+4OH^-=FeO₄^2-+2Cl^-+2H₂O；
（4）25℃時，將FeSO₄•7H₂O樣品溶于水配成FeSO₄溶液，該溶液中的Fe²⁺在空氣中易被氧化成Fe³⁺，若向完全被氧化后的溶液中滴加NaOH溶液，當滴至溶液的pH=4時，溶液中的c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L．[已知該溫度下，Fe（OH）₃的Ksp=4.0×10^-38]
（5）將8.34gFeSO₄•7H₂O樣品隔絕空氣加熱脫水，其熱重曲線（樣品質量隨溫度變化的曲線）如圖所示：
①在100℃時M的化學式為FeSO₄•4H₂O；
②FeSO₄•7H₂O晶體中有3種不同結合力的水分子．

Answer 1

分析 鐵屑含少量錫、氧化鐵等雜質，用硫酸溶解，會生成硫酸亞鐵、硫酸錫，過濾除去不溶物，濾液中加入稀硫酸酸化，并通入硫化氫，可生成SnS沉淀并防止亞鐵離子被氧化，過濾分離，得到濾液為硫酸亞鐵，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作可得到FeSO₄•7H₂O．
（1）通入硫化氫至飽和，除去雜質離子Sn²⁺，硫化氫是強還原劑，還原鐵離子，防止亞鐵離子被氧化；在H₂S飽和溶液中，SnS沉淀完全時溶液的pH為1.6，FeS開始沉淀時溶液的pH為3.0，沉淀完全時的pH為5.5，操作Ⅱ在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的：使Sn²⁺完全沉淀，亞鐵離子不沉淀；
（2）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌，洗去表面雜質，溫度降低綠礬溶解度降低，減少綠礬晶體的損失；
（3）ClO^-將Fe²⁺氧化為FeO₄^2-，自身被還原為Cl^-；
（4）根據Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=4×10^-38計算；
（5）①8.34g FeS0₄•7H₂O樣品物質的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂O）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶體全部失去結晶水，固體的質量應為8.34g-3.78g=4.56g，可知在加熱到373℃之前，晶體失去部分結晶水，計算100℃時失去結晶水的質量，再確定M中結晶水質量，進而確定M的化學式；
②FeSO₄•7H₂O分別在78℃、159℃、373℃失去結晶水，故FeSO₄•7H₂O晶體中有3種不同結合力的水分子．

解答 解：鐵屑含少量錫、氧化鐵等雜質，用硫酸溶解，會生成硫酸亞鐵、硫酸錫，過濾除去不溶物，濾液中加入稀硫酸酸化，并通入硫化氫，可生成SnS沉淀并防止亞鐵離子被氧化，過濾分離，得到濾液為硫酸亞鐵，經過蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾等操作可得到FeSO₄•7H₂O．
（1）通入硫化氫至飽和，使Sn²⁺完全變成SnS沉淀除去，硫化氫具有強還原性，可以防止亞鐵離子被氧化；
在H₂S飽和溶液中，SnS沉淀完全時溶液的pH為1.6；FeS開始沉淀時溶液的pH為3.0，沉淀完全時的pH為5.5，操作Ⅱ在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是：在溶液PH=2時，Sn²⁺完全沉淀，亞鐵離子不沉淀，
故答案為：除去Sn²⁺并防止Fe²⁺被氧化；防止Fe²⁺沉淀；
（2）綠礬晶體表明附著雜質，用少量冰水可以洗去沉淀表面的雜質離子，溫度降低綠礬溶解度降低，減少綠礬因溶解導致的損失，
故答案為：洗去晶體表面的硫酸等雜質；降低晶體的溶解度，減少溶解導致FeSO₄•7H₂O的損耗；
（3）ClO^-將Fe²⁺氧化為FeO₄^2-，自身被還原為Cl^-，反應離子方程式為：2ClO^-+Fe²⁺+4OH^-=FeO₄^2-+2Cl^-+2H₂O，
故答案為：2ClO^-+Fe²⁺+4OH^-=FeO₄^2-+2Cl^-+2H₂O；
（4）溶液pH=4時，溶液中c（OH^-）=10^-10mol/L，結合Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=4×10^-38，可知溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-8mol/L，
故答案為：4.0×10^-8；
（5）①8.34g FeS0₄•7H₂O樣品物質的量=$\frac{8.34g}{278g/mol}$=0.03mol，其中m（H₂O）=0.03mol×7×18g/mol=3.78g，如晶體全部失去結晶水，固體的質量應為8.34g-3.78g=4.56g，可知在加熱到373℃之前，晶體失去部分結晶水，溫度為78℃時，固體質量為6.72g，其中m（FeSO₄）=0.03mol×152g/mol=4.56g，m（H₂O）=6.72g-4.56g=2.16g，n（H₂O）=$\frac{2.16g}{18g/mol}$=0.12mol，則n（H₂O）：n（FeSO₄）=0.12mol：0.03mol=4：1，故100℃時，M的化學式為FeSO₄•4H₂O，
故答案為：FeSO₄•4H₂O；
②FeSO₄•7H₂O分別在78℃、159℃、373℃失去結晶水，故FeSO₄•7H₂O晶體中有3種不同結合力的水分子，
故答案為：3．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及物質的分離提純、對原理的分析評價、條件控制、物質組成計算等，注意對題目信息運用，熟練掌握元素化合物知識，有利于培養(yǎng)學生分析能力、實驗能力，難度中等．