2018_2019版高中化学专题7物质的制备与合成课题一硫酸亚铁铵的制备学案苏教版.docx

课题一硫酸亚铁铵的制备【学考报告】知识条目加试要求硫酸亚铁铵的制备原理与操作方法倾析法分离、洗涤固体物质产率的计算方法bab一、知识预备1.硫酸亚铁铵的性质硫酸亚铁铵（NH4）2SO4FeSO46H2O为浅绿色晶体，商品名为摩尔盐，是一种复盐，易溶于水，不溶于乙醇，一般亚铁盐在空气中易被氧气氧化，形成复盐后就比较稳定。与其他复盐一样，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比组成它的每一种盐FeSO4或（NH4）2SO4都要小。利用这一性质可以制取硫酸亚铁铵晶体：将含有FeSO4和（NH4）2SO4的溶液蒸发浓缩，冷却后结晶可得到硫酸亚铁铵晶体。2.硫酸亚铁铵的制备将铁屑与稀硫酸反应可制得硫酸亚铁溶液，然后加入等物质的量的硫酸铵，加热浓缩可得到混合溶液，冷却至室温，则析出硫酸亚铁铵晶体。反应的化学方程式如下：FeH2SO4=FeSO4H2FeSO4（NH4）2SO46H2O=（NH4）2SO4FeSO46H2O思考1：如何检验（NH4）2SO4FeSO46H2O中含有NH、Fe2及SO？提示取适量硫酸亚铁铵晶体溶于水并分成三等份。向一份中加入适量NaOH溶液并加热，并用湿润的红色石蕊试纸放在试管口，试纸变蓝即证明原溶液含有NH；向第二份溶液中先滴加少量KSCN溶液，无现象，再加入适量氯水，溶液变红，证明原溶液含有Fe2；向第三份溶液中加入过量稀盐酸，无明显现象，再加入适量BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明原溶液含有SO。二、课题方案设计制备硫酸亚铁铵的操作过程可分为三个步骤，即铁屑的净化、硫酸亚铁的制取和硫酸亚铁铵晶体的制备。1.取一只小烧杯，放入约5 g铁屑，向其中注入15 mL 1 molL1 Na2CO3溶液，浸泡或小火加热数分钟，然后用倾析法分离并洗涤铁屑，晾干。思考2：该步操作中，加入Na2CO3溶液的目的是什么？提示Na2CO3溶液的主要作用是除去铁屑表面的油污。2.用托盘天平称取4.2 g洗净的铁屑，放入洁净的锥形瓶中，向其中加入25 mL 3 molL1 H2SO4溶液，加热，并不断振荡锥形瓶。反应过程中应适当补充水，使溶液体积基本保持不变，待反应基本完全后，再加入1 mL 3 molL1 H2SO4溶液，趁热过滤，将滤液转移至蒸发皿中。实验现象：向锥形瓶中加入25 mL 3 molL1 H2SO4溶液，观察到锥形瓶内产生无色气泡，铁屑溶解，溶液呈绿色。3.称取9.5 g （NH4）2SO4晶体，配成饱和溶液，倒入制得的硫酸亚铁溶液中，搅拌，小火加热，在蒸发皿中蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜为止。将溶液静置，自然冷却，即有硫酸亚铁铵晶体析出。抽滤，并用少量酒精洗去晶体表面附着的水分。4.取出晶体，用干净的滤纸吸干，称量并计算产率。思考3：在制备FeSO4时需向Fe与稀硫酸反应后的溶液中再加入稀硫酸的目的是什么？提示H2SO4与铁屑反应后，浓度变小，酸性减弱，再加入稀硫酸，使溶液酸性增强，抑制FeSO4的水解。点拨一、实验注意事项1.合成途径 2.硫酸亚铁铵的制备实验注意事项（1）铁屑的选择为缩短反应时间，应设法增大铁的表面积，最好选用刨花车间加工的生铁碎铁屑（丝），或选用细弹簧弯曲状废铁；废旧铁丝纱窗也可，但净化处理、烘干后要剪成小段。避免使用锈蚀程度过大的铁屑，因其表面Fe2O3过多无法被铁完全还原，会导致Fe3留在溶液中而影响产品的质量。市售的清洁用钢丝球不适合作为原料，因为钢丝球中金属铬、镍含量较高，最终会导致铬、镍化合物进入产品而显墨绿色。（2）与铁屑反应硫酸的浓度不宜太大或太小。浓度小，反应慢；浓度太大，易产生Fe3、SO2，使溶液出现黄色。（3）制备硫酸亚铁时要振荡，及时使铁屑回落进入酸液反应。注意分次补充少量水，可防止FeSO4析出，也可控制硫酸浓度不过大。（4）硫酸亚铁的制备反应基本结束后，为防止水解，加1 mLH2SO4溶液；为防止因冷却使FeSO4晶体析出而造成损失，采用趁热过滤。（5）注意计算（NH4）2SO4的用量，基本保持滤液中（NH4）2SO4和FeSO4的物质的量之比为11，溶解之前按溶解度计算蒸馏水的用量并煮沸。在室温20 下，（NH4）2SO4的溶解度为75.4 g，9.5 g （NH4）2SO4配成饱和溶液应需蒸馏水约12.5 mL。（6）蒸发浓缩初期要搅拌，发现晶膜出现后停止搅拌，冷却后可结晶得到颗粒较大或块状的晶体，便于分离，产率高、质量好。（7）最后，得到的（NH4）2SO4FeSO46H2O晶体，用无水酒精洗涤23次，洗去晶体表面附着的水分。不能用蒸馏水或母液洗晶体。点拨二、应用倾析法注意事项当沉淀的结晶颗粒较大，静置后容易沉降至容器底部时，常用倾析法（也称倾注法）进行分离或洗涤。倾析法的操作方法是把沉淀上部的清液沿玻璃棒小心倾入另一容器内，如图所示。静置后，将烧杯中的上层清液沿玻璃棒倒入另一容器内，即可使沉淀与清液分离。若沉淀物要洗涤，可注入水（或其他洗涤液），充分搅拌后使沉淀沉降，再用上述方法将清液倒出，如此重复数次，直到沉淀洗净。典例剖析摩尔盐（NH4）2SO4FeSO46H2O在空气中比一般亚铁盐稳定，是分析化学中常用的还原剂。某研究性学习小组设计了下图所示的实验装置来制备摩尔盐。实验步骤：把30% NaOH溶液和废铁屑混合、煮沸、冷却，将洗涤铁屑后的NaOH溶液装入F中。在E中用处理过的铁屑和稀硫酸反应制取FeSO4。将硫酸亚铁溶液与硫酸铵溶液混合，结晶得摩尔盐。试回答下列问题。（1）F中的NaOH溶液的主要作用是_。 （2）铁屑和稀硫酸反应产生的氢气可赶走装置中的氧气及（NH4）2SO4溶液中的溶解氧，操作时应先关闭活塞，并同时打开活塞。请写出铁屑和稀硫酸反应产生的氢气的另外一个作用：_。（3）原料利用率高，副产品少，产生的有害废物少，保护环境是“绿色化学”的主要内涵。请写出此实验中能体现“绿色化学”的具体做法（至少写出两点）：_。 解析F中NaOH溶液的作用是除去混在H2中的酸性气体，防止污染环境。实验中利用铁与稀硫酸反应产生的H2可赶尽装置中的O2及（NH4）2SO4溶液中的溶解氧，此时可关闭A，打开活塞B、C，待排尽O2后，可将A、C关闭，再打开A，可利用产生的H2将E中生成的FeSO4溶液压入D中，从而制取摩尔盐。答案（1）除去混在氢气中的酸性气体（2）ABC将E中生成的硫酸亚铁溶液压入D中（3）用氢氧化钠溶液除去混在氢气中的酸性气体；重复使用氢氧化钠溶液；用氢气驱赶氧气，防止亚铁盐被氧化等借题发挥硫酸亚铁铵的制备实验操作要点跟踪训练将绿矾（FeSO47H2O）、硫酸铵（NH4）2SO4以等物质的量混合可制得摩尔盐（NH4）2SO4FeSO46H2O。根据上图回答：（1）步骤1的主要作用是_。（2）步骤3在溶液浓缩时不能蒸发至干的原因是_。（3）制得的晶体过滤后用无水乙醇洗涤而不用蒸馏水，理由是_。解析（1）热的Na2CO3溶液在工业生产中常用于清洗油污；（2）通过结晶、过滤等步骤分离溶液中的易溶物质时，常需要趁热过滤，防止易溶物质结晶而损耗；用蒸发结晶分离提纯物质时，不能将溶液蒸干，不然溶液中的其他可溶性杂质将会带入晶体中；（3）实验中洗涤晶体或沉淀时，为防止晶体的溶解，常用无水乙醇作为溶剂进行洗涤，其目的是防止因晶体的溶解而损失，在本实验中，用无水乙醇洗涤的另一目的是防止水中的溶解氧氧化晶体中的Fe2。答案（1）除去铁屑表面的油污（2）蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中，且晶体会受热分解或被氧化（3）减少晶体在洗涤时的溶解和蒸馏水中溶解氧对晶体的氧化（时间：45分钟）1.工业上用硫酸和废铁屑制备硫酸亚铁时，为了提高产品的质量，常采取的措施是（）A.硫酸过量B.铁屑过量C.硫酸和铁的物质的量之比为11D.需要用浓硫酸解析铁屑过量可以还原氧化生成的Fe3，Fe2Fe3=3Fe2，保证Fe2稳定、纯净地存在，减少产物中的Fe3杂质。答案B2.下列中学常见实验的现象或表述正确的是（）A.过量的铁投入到一定量的稀硝酸中，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液，溶液显血红色B.制备氢氧化亚铁时，向硫酸亚铁溶液中滴加氢氧化钠溶液，边加边搅拌，即可制得白色的氢氧化亚铁C.检验红砖中的氧化铁成分，向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN溶液23滴，溶液显血红色即可证明D.向CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后，将混合液体倒入蒸发皿中加热煮沸一会，然后冷却、过滤，滤纸上的物体为“蓝色固体”解析过量的铁粉与一定量的稀硝酸反应最终生成的是Fe2，A错误；制备氢氧化亚铁应避免被氧气氧化，向硫酸亚铁溶液中加氢氧化钠溶液时应把长胶头滴管的下端插入液面以下且不能搅拌，B错误；CuSO4溶液中滴入过量NaOH溶液充分反应后生成Cu（OH）2沉淀，加热后过滤，滤纸上留有的是CuO（黑色），D错误。答案C3.用硫酸和铁屑制备硫酸亚铁，反应结束后，需将反应液进行过滤，但过滤时常出现漏斗颈下端管口堵塞的现象，可采取的措施是（）A.将普通漏斗改为分液漏斗B.将漏斗预热，进行热过滤C.增加滤纸层数D.向溶液中加一些稀硫酸解析反应后的溶液是几乎饱和的硫酸亚铁溶液，进行过滤时常出现漏斗颈下端管口堵塞的现象，是由于滤液在漏斗颈下端遇冷析出晶体造成的，可采取的措施是将漏斗预热，进行热过滤。答案B4.设计实验要注意安全、无污染、现象明显。根据启普发生器原理，可用底部有小孔的试管制简易的气体发生器（见右图）。若关闭K，不能使反应停止，可将试管从烧杯中取出（会有部分气体逸散）。下列气体的制取宜使用该装置的是（）A.用二氧化锰（粉末）与双氧水制氧气B.用锌粒与稀硫酸制氢气C.用硫化亚铁（块状）与盐酸制硫化氢D. 用碳酸钙（块状）与稀硫酸制二氧化碳解析选项A中二氧化锰为粉末状物质，关闭K时，反应不能停止；选项B中Zn为颗粒状物质，关闭K可以使试管内的气体压强增大，能达到反应停止；选项C中与选项B相似，但H2S有毒，对空气造成污染；选项D中CaCO3 与H2SO4反应生成CaSO4，由于CaSO4微溶于水，附在CaCO3表面，使反应停止，达不到制取CO2的目的。答案B5.将硫酸亚铁溶液和硫酸铵溶液按溶质物质的量之比为11混合，加热浓缩，再冷却结晶，最先析出的晶体是（）A.硫酸亚铁B.硫酸铵C.硫酸亚铁铵D.硫酸亚铁和硫酸铵的混合晶体答案C6.工业上常用过量废铁屑与硫酸反应产生硫酸亚铁，铁屑中常含有下列杂质，其中对生成及产品纯度影响不大的是（）A.油污 B.铁锈C.锌 D.硫化物解析铁屑中含有油污会阻碍硫酸与铁的接触而影响反应速率；铁屑中含有铁锈，铁锈溶于硫酸生成硫酸铁后，Fe2Fe3=3Fe2，因此，铁屑中含有铁锈对生成及产品纯度影响不大；铁屑中含有锌，锌与硫酸反应生成硫酸锌影响产品纯度；铁屑中含有硫化物（FeS），与硫酸反应生成有毒的硫化氢气体。答案B7.在制备硫酸亚铁铵晶体的过程中，下列说法不正确的是（）A.应保持H2SO4适当过量，避免Fe2、NH的水解B.将铁屑放入Na2CO3溶液中浸泡数分钟是为了除去铁屑表面的油污C.将FeSO4和（NH4）2SO4的混合溶液加热蒸干即可得到硫酸亚铁铵D.洗涤硫酸亚铁铵晶体时，应用少量酒精洗去晶体表面附着的水分解析将FeSO4和（NH4）2SO4的混合溶液蒸发浓缩至溶液表面出现晶膜为止，不能蒸干。答案C8.过氧化钙可以用于改善地表水质，处理含重金属粒子废水和治理赤潮，也可用于应急供氧等。工业上生产过氧化钙的主要流程如下：已知CaO28H2O呈白色，微溶于水，加热至350 左右开始分解放出氧气。（1）用上述方法制取CaO28H2O的化学方程式是_。（2）检验“水洗”是否合格的方法是_。（3）沉淀时常用冰水控制温度在0 左右，其可能原因是（写出两种）_；_。（4）测定产品中CaO2含量的实验步骤：第一步：准确称取a g产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的b g KI晶体，再滴入少量2 molL1的H2SO4溶液，充分反应。第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。第三步：逐滴加入浓度为c molL1的Na2S2O3溶液至反应完全，消耗Na2S2O3溶液V mL。（已知：I22S2O=2IS4O）CaO2的质量分数为（用字母表示）；某同学第一步和第二步的操作都很规范，第三步滴速太慢，这样测得的CaO2的质量分数可能（填“不受影响”、“偏低”或“偏高”），原因是_。答案（1）CaCl2H2O22NH38H2O=CaO28H2O2NH4Cl（2）取最后一次洗涤液少许于试管中，再滴加稀硝酸酸化的硝酸银溶液，看是否产生白色沉淀（3）温度低可减少过氧化氢的分解，提高过氧化氢的利用率该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO28H2O的产率（4）偏高滴速太慢，S2O在滴定过程中被氧气氧化9.（2016浙江理综，29）无水MgBr2可用作催化剂。实验室采用镁屑与液溴为原料制备无水MgBr2，装置如图1（夹持仪器略去），主要步骤如下：图1步骤1三颈瓶中装入10 g镁屑和150 mL无水乙醚；装置B中加入15 mL液溴。步骤2缓慢通入干燥的氮气，直至溴完全导入三颈瓶中。步骤3反应完毕后恢复至室温，过滤，滤液转移至另一干燥的烧瓶中，冷却至0 ，析出晶体，再过滤得三乙醚合溴化镁粗品。步骤4室温下用苯溶解粗品，冷却至0 ，析出晶体，过滤，洗涤得三乙醚合溴化镁，加热至160 分解得无水MgBr2产品。已知：Mg与Br2反应剧烈放热；MgBr2具有强吸水性。MgBr23C2H5OC2H5MgBr23C2H5OC2H5请回答：（1）仪器A的名称是。实验中不能用干燥空气代替干燥N2，原因是_。（2）如将装置B改为装置C（图2），可能会导致的后果是_。图2（3）步骤3中，第一次过滤除去的物质是。（4）有关步骤4的说法，正确的是。A.可用95%的乙醇代替苯溶解粗品B.洗涤晶体可选用0 的苯C.加热至160 的主要目的是除去苯D.该步骤的目的是除去乙醚和可能残留的溴（5）为测定产品的纯度，可用EDTA（简写为Y4）标准溶液滴定，反应的离子方程式：Mg2Y4=MgY2滴定前润洗滴定管的操作方法是_。测定时，先称取0.250 0 g无水MgBr2产品，溶解后，用0.050 0 molL1的EDTA标准溶液滴定至终点，消耗EDTA标准溶液26.50 mL，则测得无水MgBr2产品的纯度是（以质量分数表示）。解析（1）仪器A为球形干燥管；空气主要成分为氮气和氧气，如用空气代替干燥氮气，则镁屑与氧气反应，导致生成的MgO阻碍Mg与Br2的反应。（2）液溴具有挥发性，装置B是利用氮气把溴蒸气带入三颈瓶中；若将装置B改为装置C，则氮气通入后，会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患。（3）由于镁屑不溶于混合液中，故第一次过滤而除去。（4）95%的乙醇中含有水，溴化镁有强烈的吸水性，A错误；加入苯的目的是除去乙醚和溴，洗涤晶体用0 的苯，可以减少产品的溶解，B正确；加热至160 的主要目的是分解三乙醚合溴化镁得到溴化镁，不是为了除去苯，C错误；该步骤是为了除去乙醚和溴，故D正确。故选BD。（5）滴定管润洗的操作方法为：从滴定管上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复23次。据题意知：MgBr2Y4，n（MgBr2）n（Y4）0.050 0 molL10.026 5 L1.325103 mol，m（MgBr2）1.325103 mol184 gmol10.243 8 g，无水溴化镁产品的纯度为0.243 8 g/0.250 0 g100%97.5%。答案（1）球形干燥管防止镁屑与氧气反应，生成的MgO阻碍Mg与Br2的反应（2）会将液溴快速压入三颈瓶，反应过快大量放热而存在安全隐患（3）镁屑（4）BD（5）从滴定管上口加入少量待装液，倾斜着转动滴定管，使液体润湿内壁，然后从下部放出，重复23次97.5%10.硫酸亚铁铵的化学式为（NH4）2SO4FeSO46H2O，商品名为摩尔盐。可由硫酸亚铁与硫酸铵反应生成硫酸亚铁铵，一般硫酸亚铁盐在空气中易被氧化，而形成摩尔盐后就比较稳定了。三种盐的溶解度（单位为g/100 g水）如下表：温度/102030405070（NH4）2SO473.075.478.081.084.591.9FeSO47H2O40.048.060.073.3（NH4）2SO4FeSO46H2O18.121.224.527.9.实验室制取少量摩尔盐的流程如下：试回答下列问题：（1）步骤3中进行“趁热快速过滤”，可采取的措施是_（写出1种），趁热过滤的目的_；（2）步骤4中加热浓缩至_时为止；（3）步骤4中析出的晶体不含（NH4）2SO4、FeSO4的原因是_，理论上制得的摩尔盐的质量为。.称取两份质量均为1.96 g的该硫酸亚铁铵，制成溶液。用未知浓度的KMnO4酸性溶液进行滴定。（1）滴定时，将KMnO4酸性溶液装在（填“酸式”或“碱式”）滴定管。已知MnO被还原为Mn2，试写出该滴定过程中的离子方程式：_；（2）判断该反应到达滴定终点的现象_；（3）假设到达滴定终点时，用去V mL KMnO4酸性溶液，则该KMnO4酸性溶