（河北專用）2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第二單元 物質(zhì)的獲取 2.2.1 硫酸亞鐵銨的制備課件 新人教版選修6.ppt

第1課時(shí)硫酸亞鐵銨的制備,1.以用廢鐵屑制備硫酸亞鐵銨為例,初步體驗(yàn)無(wú)機(jī)物制備的過(guò)程。2.掌握水浴加熱、過(guò)濾、蒸發(fā)、洗滌等基本操作。3.體驗(yàn)利用溶解度的差異制備物質(zhì)的過(guò)程。,一,二,一、制備物質(zhì)的基本流程1.原料的選擇制備物質(zhì)的原料既可以選用自然界中原有的物質(zhì),也可以選擇一些廢棄物,但是,不論選擇什么樣的原料,所選擇的原料中必須含有目標(biāo)產(chǎn)品中的組分或新化合物中的某個(gè)“子結(jié)構(gòu)”(或可能轉(zhuǎn)化為某個(gè)“子結(jié)構(gòu)”)。,一,二,(2)制乙酰水楊酸的原料為、。2.反應(yīng)路徑的設(shè)計(jì)原料確定后,應(yīng)根據(jù)原料性質(zhì)、設(shè)備條件等設(shè)計(jì)反應(yīng)路徑。例如用Cu、濃硝酸、稀硝酸為原料制備Cu(NO3)2,可有如下多種實(shí)驗(yàn)方案。,選擇方案3的理由是不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境造成污染的物質(zhì),且制得相同質(zhì)量的硝酸銅,硝酸的利用率高。,一,二,3.實(shí)驗(yàn)條件的選擇實(shí)驗(yàn)條件不同時(shí),所制備物質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)也可能不同。(1)向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液的化學(xué)方程式為(2)向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液的化學(xué)方程式為,一,二,二、硫酸亞鐵銨的制備1.硫酸亞鐵銨的性質(zhì)硫酸亞鐵銨(NH4)2SO4FeSO46H2O為淺綠色晶體,商品名稱為莫爾鹽,是一種復(fù)鹽,一般亞鐵鹽在空氣中易被氧氣氧化,形成復(fù)鹽后就比較穩(wěn)定。與其他復(fù)鹽一樣,硫酸亞鐵銨在水中的溶解度比組成它的每一種鹽FeSO4或(NH4)2SO4的溶解度都小。利用這一性質(zhì)可以制取硫酸亞鐵銨晶體:將含有FeSO4和(NH4)2SO4的溶液蒸發(fā)、濃縮,冷卻后結(jié)晶可得到硫酸亞鐵銨晶體。2.硫酸亞鐵銨的制備將鐵屑與稀硫酸反應(yīng)可制得FeSO4溶液,然后加入等物質(zhì)的量的(NH4)2SO4,加熱濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜為止。放置冷卻,則析出硫酸亞鐵銨晶體。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:,一,二,【實(shí)驗(yàn)步驟】該制備實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程主要分為三個(gè)步驟,即鐵屑的凈化、硫酸亞鐵的制備和硫酸亞鐵銨晶體的制備。(1)稱取3g鐵屑,放入錐形瓶中,向其中加入15mL10%Na2CO3溶液,小火加熱10min以除去鐵屑表面的油污,將剩余的堿液倒掉,用蒸餾水把Fe沖洗干凈(即傾析法),干燥后稱其質(zhì)量,記為m1(Fe)。(2)將稱量好的鐵屑放入潔凈的錐形瓶中,向其中加入15mL3molL-1H2SO4溶液,放在水浴中加熱至不再有氣體生成為止(有氫氣生成,用明火加熱注意安全)。趁熱過(guò)濾,并用少量熱水洗滌錐形瓶及濾紙,將濾液和洗滌液一起轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中。將濾紙上的固體干燥后稱重,記為m2(Fe),反應(yīng)掉的鐵的質(zhì)量m(Fe)=m1(Fe)-m2(Fe),進(jìn)而可計(jì)算得生成FeSO4的物質(zhì)的量。,一,二,(3)根據(jù)FeSO4的物質(zhì)的量,計(jì)算等物質(zhì)的量的(NH4)2SO4的質(zhì)量,稱取(NH4)2SO4并將其加入制得的硫酸亞鐵溶液中,緩緩加熱,濃縮至表面出現(xiàn)結(jié)晶薄膜為止。放置冷卻,得到硫酸亞鐵銨的晶體。過(guò)濾,并用少量無(wú)水乙醇洗去晶體表面附著的水分,觀察硫酸亞鐵銨的顏色和狀態(tài)。(4)稱量、保存。,一,二,一、物質(zhì)制備方案的選擇原則1.條件合適,操作方便;2.設(shè)計(jì)合理,步驟簡(jiǎn)單;3.原料易得,價(jià)格低廉;4.產(chǎn)物純凈,產(chǎn)量較高;5.易于分離,污染物少。,一,二,二、硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.鐵屑的選擇。(1)為縮短反應(yīng)時(shí)間,應(yīng)設(shè)法增大鐵的表面積,最好選用刨花車間加工的生鐵碎鐵屑(絲),或選用細(xì)彈簧彎曲狀廢鐵;廢舊鐵絲紗窗也可,但凈化處理、烘干后要剪成小段。(2)避免使用銹蝕程度過(guò)大的鐵屑,因其表面Fe2O3過(guò)多,會(huì)導(dǎo)致Fe3+留在溶液中而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。(3)市售的清潔用鋼絲球不適合作為原料,因?yàn)殇摻z球中金屬鉻、鎳含量較高,最終會(huì)導(dǎo)致鉻、鎳化合物進(jìn)入產(chǎn)品。,一,二,2.鐵屑先要除去油污,因?yàn)椴怀ビ臀鄄焕谙乱徊借F屑與硫酸的反應(yīng)。根據(jù)鹽類水解知識(shí)可知,升高溫度,促進(jìn)Na2CO3的水解,溶液堿性增強(qiáng),去油污能力增強(qiáng),所以除污用熱碳酸鈉溶液。鐵屑與碳酸鈉溶液加熱除油后用傾析法倒掉溶液,先用自來(lái)水再用蒸餾水將鐵屑洗滌干凈,可以用pH試紙檢驗(yàn)洗滌液的pH來(lái)確定鐵屑是否洗凈,然后干燥稱量。3.與鐵屑反應(yīng)的硫酸濃度不宜太大或太小。濃度小,反應(yīng)慢;濃度太大,易產(chǎn)生Fe3+、SO2,使溶液出現(xiàn)黃色。為加快反應(yīng)需加熱,但最好控溫在60以下。,一,二,4.反應(yīng)中鐵要稍過(guò)量。鐵與稀硫酸反應(yīng)臨近結(jié)束時(shí),可剩下一點(diǎn)鐵屑,這是因?yàn)橛蠪e存在可以還原氧化生成的Fe3+,保證Fe2+穩(wěn)定、純凈地存在,減少產(chǎn)物中的Fe3+雜質(zhì)。硫酸亞鐵的制備要振蕩,及時(shí)使鐵屑回落進(jìn)入酸液反應(yīng)。注意分次補(bǔ)充少量水,可防止FeSO4析出,也可控制硫酸濃度不過(guò)大。5.硫酸亞鐵的制備反應(yīng)基本結(jié)束后,為防止水解,加1mLH2SO4溶液;為防止因冷卻使FeSO4晶體析出而造成損失,采用趁熱過(guò)濾,因?yàn)镕eSO4在低溫時(shí)溶解度較小,如果不趁熱過(guò)濾就會(huì)有FeSO47H2O析出。過(guò)濾完后用少量的熱水洗滌23次,但所用熱水不可過(guò)多,否則后面濃縮結(jié)晶溶液時(shí)所用時(shí)間較長(zhǎng)。,一,二,6.注意計(jì)算(NH4)2SO4的用量,基本保持(NH4)2SO4和FeSO4的物質(zhì)的量之比是11,溶解之前按溶解度計(jì)算蒸餾水的用量并煮沸。7.蒸發(fā)濃縮初期要攪拌,發(fā)現(xiàn)結(jié)晶薄膜出現(xiàn)后停止攪拌,冷卻后可結(jié)晶得到顆粒較大或塊狀的晶體,便于分離、產(chǎn)率高、質(zhì)量好。8.最后得到的(NH4)2SO4FeSO46H2O晶體,用無(wú)水乙醇洗滌23次,洗去晶體表面附著的水分。洗滌莫爾鹽用無(wú)水乙醇,不能用水。莫爾鹽不溶于乙醇,但易溶于水,用無(wú)水乙醇可以除去水,易于干燥。,知識(shí)點(diǎn)1,知識(shí)點(diǎn)2,知識(shí)點(diǎn)1物質(zhì)制備原理的設(shè)計(jì)【例題1】在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn),下列從原料及試劑分別制取相應(yīng)的最終產(chǎn)物的設(shè)計(jì)中,理論上正確、操作上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的是(),知識(shí)點(diǎn)1,知識(shí)點(diǎn)2,解析:A項(xiàng),讓碳在空氣中燃燒生成產(chǎn)物CO,可行性差,經(jīng)濟(jì)上也不合理,步驟COCO2多余,且要生成Na2CO3,NaOH需過(guò)量,因此CO2的量不好控制;B項(xiàng),雖然原理上可行,但硝酸銀的價(jià)格太高,經(jīng)濟(jì)上不合理;C項(xiàng),Fe在氧氣中燃燒生成Fe3O4,原理上不正確;D項(xiàng)符合要求。答案:D點(diǎn)撥本題是對(duì)物質(zhì)制備優(yōu)化路徑選擇的考查。物質(zhì)的制備過(guò)程要考慮反應(yīng)的科學(xué)性(能進(jìn)行)、可行性(可控)、經(jīng)濟(jì)性(轉(zhuǎn)化率高)、安全(無(wú)污染)等。,知識(shí)點(diǎn)1,知識(shí)點(diǎn)2,知識(shí)點(diǎn)2硫酸亞鐵銨的制備【例題2】根據(jù)硫酸亞鐵銨的制備實(shí)驗(yàn),回答下列問(wèn)題:(1)加入(NH4)2SO4的質(zhì)量為用含m1(Fe)、m2(Fe)的代數(shù)式表示。(2)制得的晶體過(guò)濾后用無(wú)水乙醇洗滌而不用蒸餾水,根據(jù)是。(3)濃縮時(shí)能否蒸發(fā)至干,為什么?。(4)制取FeSO4時(shí),加入的Fe為什么要過(guò)量?。,知識(shí)點(diǎn)1,知識(shí)點(diǎn)2,解析:(1)根據(jù)反應(yīng)掉的鐵的質(zhì)量m(Fe)=m1(Fe)-m2(Fe)。進(jìn)而可計(jì)算生成FeSO4的物質(zhì)的量。確定(NH4)2SO4質(zhì)量的方法:FeFeSO4(NH4)2SO4,m(NH4)2SO4(2)洗滌莫爾鹽用無(wú)水乙醇,不能用水。莫爾鹽不溶于乙醇,但易溶于水,用無(wú)水乙醇可以除去水,易于干燥。(3)濃縮結(jié)晶莫爾鹽時(shí)要用小火加熱,加熱濃縮初期可輕微攪拌,但注意觀察晶膜,若有晶膜出現(xiàn),則停止加熱,防止莫爾鹽失水。更不能蒸發(fā)至干,蒸干時(shí)溶液中的雜質(zhì)離子會(huì)被帶入晶體中,晶體可能會(huì)受熱分解或被氧化。(4)剩下一點(diǎn)鐵屑,可以還原氧化生成的Fe3+,保證Fe2+穩(wěn)定、純凈地存在,減少產(chǎn)物中的Fe3+雜質(zhì)。,知識(shí)點(diǎn)1,知識(shí)點(diǎn)2,答案:(2)減少晶體在洗滌時(shí)的溶解(3)不能。因?yàn)檎舾蓵r(shí)溶液中的雜質(zhì)離子會(huì)被帶入晶體中;蒸干時(shí)晶體會(huì)受熱分解或被氧化(4)防止Fe2+被氧化成Fe3+點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)要使硫酸亞鐵和硫酸銨之間的物質(zhì)的量相等,關(guān)鍵之一是鐵屑的稱量要準(zhǔn)確,因此兩次稱量鐵屑的質(zhì)量時(shí)要充分干燥,保證m1(Fe)和m2(Fe)準(zhǔn)確;另外在過(guò)濾FeSO4溶液時(shí)要趁熱過(guò)濾,否則FeSO4在過(guò)濾時(shí)會(huì)析出,使得到的硫酸亞鐵減少。而硫酸銨的質(zhì)量是根據(jù)m1(Fe)-m2(Fe)計(jì)算得出的,如果FeSO4損失會(huì)使(NH4)2SO4的物質(zhì)的量偏大。,1234,1工業(yè)上用硫酸和廢鐵屑制備硫酸亞鐵時(shí),為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量,常采取的措施是()A.硫酸過(guò)量B.鐵屑過(guò)量C.硫酸和鐵的物質(zhì)的量之比為11D.需要用濃硫酸解析:鐵屑過(guò)量可以還原氧化生成的Fe3+,Fe+2Fe3+3Fe2+,保證Fe2+穩(wěn)定、純凈地存在,減少產(chǎn)物中的Fe3+雜質(zhì)。答案:B,1234,2實(shí)驗(yàn)室配制和保存硫酸亞鐵溶液,應(yīng)采取的正確措施為()把蒸餾水煮沸,以趕走水中溶解的O2溶解時(shí)加入少量稀硝酸加入少量還原鐵粉,并充分振蕩加入少量稀硫酸,并裝入棕色試劑瓶中A.B.C.D.解析:FeSO4的配制和保存主要是抑制Fe2+的水解和防止Fe2+被氧化。答案:D,1234,3某氯堿廠利用廢鐵皮制取凈水劑FeCl3溶液,最合理的生產(chǎn)途徑是(),解析:A項(xiàng)中的高溫條件需要消耗大量能量,生成的FeCl3固體可能混有Fe,加水后Fe與部分FeCl3反應(yīng)會(huì)生成FeCl2,A項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng)中H2與Cl2光照易發(fā)生爆炸,C項(xiàng)錯(cuò)誤;D項(xiàng)中除H2與Cl2光照會(huì)發(fā)生爆炸外,鐵高溫燃燒會(huì)生成Fe3O4,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:B,1234,4某同學(xué)從CuSO4溶液開(kāi)始制Cu(NO3)2晶體,設(shè)計(jì)了如下線路:說(shuō)明該方案的錯(cuò)誤之處及其原因。試設(shè)計(jì)一個(gè)合理的方案:。解析:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)的要求是:原理正確;方法簡(jiǎn)單;操作方便;現(xiàn)象明顯;產(chǎn)率高;誤差小;安全等。本題涉及的知識(shí)有:化學(xué)反應(yīng)關(guān)系、環(huán)境污染、Cu2+水解與晶體的獲得等。題中用CuSO4與Fe反應(yīng)制金屬Cu,由于Fe與Cu均屬固體,故反應(yīng)后Cu中易混有鐵雜質(zhì)而使制出的Cu(NO3)2溶液中混有Fe3+,且Cu與HNO3反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生污染空氣的氮氧化物;制得的Cu(NO3)2溶液在濃縮過(guò)程中會(huì)因Cu2+的水解:Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+而得不到純凈的Cu(NO3)26H2O。,1234,由于CuSO4溶液不能與HNO3反應(yīng)直接制得Cu(NO3)2溶液,把CuSO4轉(zhuǎn)化為Cu單質(zhì)與HNO3反應(yīng)的做法又不可行,那么,我們能否把CuSO4轉(zhuǎn)化為一種能與HNO3反應(yīng)的化合物,考慮HNO3的性質(zhì),我們可把CuSO4轉(zhuǎn)化為堿或鹽,此時(shí)可想到Cu(OH)2或CuCO3,選擇常見(jiàn)試劑NaOH或Na2CO3即可達(dá)到目的。得到的Cu(NO3)2溶液不能用加熱的方法得到晶體,那么我們可考慮降溫的辦法,聯(lián)想到固體物質(zhì)的溶解度多是隨溫度升高而增大,故采用降溫結(jié)晶的辦法應(yīng)是可行的。,1234,答案:用Fe置換Cu易在Cu中混入Fe,從而使Cu(NO3)2溶液中混入Fe3+;用HNO3與Cu反應(yīng),易產(chǎn)生污染空氣的氮氧化物;濃縮時(shí),Cu2+會(huì)因水解而得不到純凈的Cu(NO3)26H2O,