Question

1．莫爾鹽[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]在空氣中比一般亞鐵鹽穩(wěn)定，是化學分析中常用的還原劑．某研究性學習小組用如圖所示的實驗裝置來制取莫爾鹽，實驗步驟如下：
①用30%的NaOH溶液和廢鐵屑混合、煮沸、冷卻、分離，將分離出的NaOH溶液裝入F中；
②在E中用①處理過的鐵屑和稀H₂SO₄反應制取FeSO₄；
③將②制得的FeSO₄溶液與（NH₄）₂SO₄溶液混合，結晶得到莫爾鹽．
試回答下列問題：
（1）利用鐵屑和稀硫酸反應產生的氫氣趕走裝置中的氧氣及硫酸銨溶液中溶解的氧，其目的是防止亞鐵鹽被氧化；
鐵屑和稀硫酸反應產生的氫氣的另外一個作用是將FeSO₄溶液壓至（NH₄）₂SO₄溶液中．
（2）設計一個簡單的實驗證明產品中有Fe²⁺將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，再向溶液中加入氯水后變成血紅色．．
（3）為了確定產品中亞鐵離子的含量，研究小組用滴定法來測定．若取產品24.50g配成100mL溶液，取出10mL用0.10mol•L^-1KMnO₄酸性溶液滴定，消耗KMnO₄溶液10.00mL．
①試配平反應的離子方程式：
1MnO${\;}_{4}^{-}$+5Fe²⁺+8H⁺=5Fe³⁺+1Mn²⁺+4H₂O
②試求產品中莫爾鹽的質量分數(shù)80.00% （NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的相對分子質量為392）．

Answer 1

分析 （1）由裝置圖可知，容器E的長導管插入液面以下，氫氣只能從容器E的短導管出來，經過容器F加向容器D中．通入氫氣排盡裝置內空氣，防止Fe²⁺氧化；當關閉BC，打開A時，E中氣壓增大，液體被壓入D中，即將FeSO₄溶液壓至（NH₄）₂SO₄溶液中；
（2）根據(jù)遇KSCN溶液呈血紅色是Fe³⁺的特征反應，所以先加KSCN溶液，確定是否含有Fe³⁺；如果沒有Fe³⁺，根據(jù)氯水的性質，再向溶液中加入氯水，觀察溶液的顏色是否變化，從而確定是否含有Fe²⁺；
（3）①依據(jù)氧化還原反應電子守恒、電荷收、原子守恒配平寫出離子方程式；
②根據(jù)關系式5Fe²⁺～MnO₄^-計算24.50g產品中Fe²⁺的物質的量，由（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O可知Fe²⁺的物質的量等于莫爾鹽的物質的量，再根據(jù)m=nM計算莫爾鹽的質量，利用質量分數(shù)定義計算．

解答 解：（1）由裝置圖可知，向容器F中通入氫氣，應關閉活塞A，打開活塞B、C．硫酸銨溶液中的溶解O₂，容器D液面上部有O₂，F(xiàn)e²⁺易被氧化為Fe³⁺，通入氫氣趕走硫酸銨溶液中的溶解O₂和容器D液面上部的O₂，防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺；F中的NaOH溶液的主要作用是除去混在氫氣中的酸性氣體；當關閉活塞B、C，打開A時，E中隨著氫氣的量的增大，氣壓增大，E中的液體被壓入D中，即將FeSO₄溶液壓至（NH₄）₂SO₄溶液中，
故答案為：防止亞鐵鹽被氧化；將FeSO₄溶液壓至（NH₄）₂SO₄溶液中；
（2）將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，說明沒有Fe³⁺，再向溶液中加入氯水后變成血紅色，則含有Fe²⁺，
故答案為：將少許所得晶體放入KSCN溶液不變色，再向溶液中加入氯水后變成血紅色；
（3）①高錳酸鉀與Fe²⁺的反應是MnO₄^-～Mn²⁺～5e^-；Fe²⁺～Fe3⁺～e^-；依據(jù)電子守恒，鐵離子和亞鐵離子前乘5，依據(jù)原子守恒和電荷守恒得到反應的離子方程式為：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
故答案為：1、5、8、1、5、4；  
②假設24.50g產品中Fe²⁺的物質的量為xmol，則：
5Fe²⁺～～～～～～MnO₄^-，
5                 1
xmol        0.01L×0.1000mol/L×10
所以x=$\frac{0.01L×0.1000mol/L×10×5}{1}$=0.05mol．
所以24.50g產品中（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的為0.05mol，
所以24.50g產品中（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的質量為0.05mol×392g/mol=19.6g．
所以24.50g產品中（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O的質量分數(shù)為$\frac{19.6g}{24.50g}$×100%=80%．
故答案為：80%．

點評 本題以莫爾鹽的制備為載體，考查實驗原理與裝置的理解分析與評價、氧化還原反應滴定應用以計算，題目難度中等．需學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．注意（3）中計算，容易忽略所取溶液體積，為易錯點．