Question

18．綠礬（FeSO₄•7H₂O）是治療缺鐵性貧血藥品的重要成分．如圖是以市售鐵屑（含少量錫、氧化鐵等雜質(zhì)）為原料生產(chǎn)純凈綠礬的一種方法：

查詢資料，得有關物質(zhì)的數(shù)據(jù)如表：

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）寫出Fe和Fe₂O₃在硫酸溶液中發(fā)生反應的離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；．
（2）操作II中，通入硫化氫至飽和的目的是：①除去溶液中的Sn²⁺離子；②防止Fe²⁺被氧化；③在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是防止Fe²⁺離子生成沉淀．
（3）操作IV的順序依次為蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌．
（4）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌，其目的是：①除去晶體表面附著的硫酸等雜質(zhì)；②降低洗滌過程中FeSO₄•7H₂O的損耗．
（5）已知常溫下，K_sp[Fe（OH）₂]=1.64×10^-14，則求得反應：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)為：0.6×10^-14（保留1位小數(shù)）
（6）測定綠礬產(chǎn)品中Fe²⁺含量的方法是：a．稱取2.850g綠礬產(chǎn)品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00mL．計算上述樣品中FeSO₄•7H₂O的質(zhì)量分數(shù)為97.5%．（保留3位小數(shù)）

Answer 1

分析 本題是工業(yè)制備綠礬的流程探究，涉及反應原理，用稀硫酸溶解鐵和氧化鐵的混合物，并通H₂S利用沉淀法可除去其中混有的Sn²⁺，考慮到Fe²⁺易水解和易氧化，因此要保持溶液處于酸環(huán)境同時鐵粉過量，對所得硫酸亞鐵溶液可以通過蒸發(fā)濃縮并冷卻結晶的方法得到，經(jīng)過洗滌干燥后再通過滴定法測定樣品的純度；
（1）Fe和Fe₂O₃在硫酸溶液中發(fā)生的反應包括鐵和氧化鐵與稀硫酸的反應及多余的鐵將三價鐵還原成二價鐵；
（2）依據(jù)流程關系圖分析，通入硫化氫制飽和，硫化氫是強還原劑，目的是沉淀錫離子，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，操作Ⅱ加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液PH=2為了除去雜質(zhì)離子Sn²⁺；
（3）操作IV的目的是從濾液中析出綠礬晶體，利用蒸發(fā)濃縮，結晶洗滌得到晶體；
（4）操作IV得到的綠礬晶體用少量冰水洗滌目的是洗去表面雜質(zhì)，溫度降低綠礬溶解度降低，減少綠礬晶體的損失；
（5）常溫下K_sp[Fe（OH）₂]=1.64×10^-14=c（Fe²⁺）×c²（OH^-），F(xiàn)e²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$，再結合Kw進行計算；
（6）依據(jù)滴定實驗的反應終點時發(fā)生的反應根據(jù)關系式進行計算．

解答 解：（1）鐵與稀硫酸反應的離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，氧化鐵溶解在稀硫酸中的離子反應式為Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，F(xiàn)e³⁺繼續(xù)溶解鐵的離子反應式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）通入硫化氫至飽和除沉淀Sn²⁺外，因硫化氫具有強還原性，可以防止亞鐵離子被氧化，已知在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：防止Fe²⁺被氧化；防止Fe²⁺離子生成沉淀；
（3）溶液中得到晶體，需要對溶液進行加熱蒸發(fā)濃縮，結晶析出，過濾洗滌等，所以操作IV的順序依次為：蒸發(fā)、結晶、過濾、洗滌，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（4）冰水溫度低，物質(zhì)溶解度減小，可以洗去沉淀表面的雜質(zhì)離子，避免綠礬溶解帶來的損失，故答案為：降低洗滌過程中FeSO₄•7H₂O的損耗；
（5）Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）×{c}^{2}（O{H}^{-）}}{c（F{e}^{2+}）×{c}^{2}（O{H}^{-}）}=\frac{{K}_{w}}{{K}_{sp}[Fe（OH）_{2}]}$=$\frac{（1×1{0}^{-14}）^{2}}{1.64×1{0}^{-14}}$=0.6×10^-14，故答案為：0.6×10^-14；
（6）a．稱取2.8500g綠礬產(chǎn)品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待測溶液于錐形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至終點，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為20.00mL，則
   5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
   5       1
n（Fe²⁺） 0.01000mol/L×0.0200L
計算得到；n（Fe²⁺）=0.001mol；
則250mL溶液中含F(xiàn)e²⁺=0.001mol×$\frac{250}{25}$=0.01mol；
FeSO₄•7H₂O物質(zhì)的量為0.01mol，質(zhì)量=0.01mol×278g/mol=2.78g；
質(zhì)量分數(shù)=$\frac{2.78g}{2.85g}$×100%=97.5%，
故答案為：97.5%．

點評 本題考查了鐵鹽亞鐵鹽的性質(zhì)應用，分離混合物的實驗方法設計和分析判斷，滴定實驗的分析判斷，數(shù)據(jù)計算，誤差分析的方法，題目難度中等．