2019-2020年高中化學專題七物質(zhì)的制備與合成課題1硫酸亞鐵銨的制備學案蘇教版選修.doc

2019-2020年高中化學專題七物質(zhì)的制備與合成課題1硫酸亞鐵銨的制備學案蘇教版選修一、硫酸亞鐵銨的制備1實驗原理：硫酸亞鐵銨俗稱摩爾鹽，淺綠色晶體，易溶于水，在空氣中比一般的亞鐵鹽穩(wěn)定，不易被氧化。FeSO4在空氣中容易被氧化，可以用SCN來檢驗FeSO4溶液是否變質(zhì)。由于硫酸亞鐵銨在水中的溶解度比組成它的簡單鹽硫酸銨和硫酸亞鐵要小，只要將它們按一定的比例在水中溶解、混合，即可制得硫酸亞鐵銨的晶體。其方法為：將金屬鐵溶于稀硫酸，制備硫酸亞鐵。FeH2SO4FeSO4H2將制得的硫酸亞鐵溶液與等物質(zhì)的量的(NH4)2SO4在溶液中混合，經(jīng)加熱濃縮、冷卻后得到溶解度較小的硫酸亞鐵銨晶體。FeSO4(NH4)2SO46H2O=(NH4)2SO4FeSO46H2O確定(NH4)2SO4質(zhì)量的方法：FeFeSO4(NH4)2SO4m(NH4)2SO41322實驗操作要點(1)鐵屑要首先除油污，因為廢鐵屑表面有油污，如果不除去不利于鐵屑與硫酸的反應。根據(jù)鹽類水解的知識可知，升高溫度，促進Na2CO3的水解，溶液堿性增強，去油污能力增強，所以除污用熱的碳酸鈉溶液。(2)鐵與稀硫酸反應時為加快反應速度需加熱，但最好控制溫度在60 以下。若溫度超過60 易生成FeSO4H2O白色晶體，過濾時會殘留在濾紙上而降低產(chǎn)量，對(NH4)2SO4的物質(zhì)的量的確定也有影響，會使(NH4)2SO4的物質(zhì)的量偏高。(3)反應中鐵要稍過量。鐵與稀硫酸反應臨近結(jié)束時，可剩下一點鐵屑，這是因為有Fe存在可以還原生成的Fe3，減少產(chǎn)物中的Fe3雜質(zhì)。(4)鐵屑溶于酸時要注意分次補充少量水，以防止硫酸亞鐵晶體析出。(5)過濾FeSO4時一定要趁熱過濾，因為FeSO4在低溫時溶解度較小，如果不趁熱過濾就會有FeSO47H2O析出。過濾完后用少量的熱水洗滌23次，但所用熱水不可過多，否則后面濃縮結(jié)晶溶液時所用時間較長。(6)在室溫下將稱出的(NH4)2SO4完全溶解在適量的水中配制成飽和溶液，然后倒入至上一步實驗得到的FeSO4溶液中。緩慢蒸發(fā)濃縮至溶液表面剛出現(xiàn)晶膜時為止，此時不宜攪動。待冷卻到室溫時才能過濾，因為摩爾鹽在高溫時溶解度大，高溫時過濾產(chǎn)量低。(7)洗滌摩爾鹽用無水乙醇，不能用水。摩爾鹽不溶于乙醇，但易溶于水，用無水乙醇可以除去水，易于干燥。(8)若直接用實驗室提供的已知濃度的FeSO4溶液來制備摩爾鹽，可以根據(jù)FeSO4溶液的濃度與所取溶液計算出FeSO4的物質(zhì)的量n(FeSO4)，再稱取與FeSO4等物質(zhì)的量的硫酸銨的質(zhì)量m(NH4)2SO4，常溫下將(NH4)2SO4配成飽和溶液待用。向已知濃度的FeSO4溶液中加少量鐵粉與硫酸加熱濃縮，趁熱過濾后與配好的(NH4)2SO4飽和溶液混合，然后緩緩加熱濃縮，其余步驟同教材實驗。【例1】硫酸亞鐵銨的化學式為(NH4)2SO4FeSO46H2O，商品名為摩爾鹽?？捎闪蛩醽嗚F與硫酸銨反應生成硫酸亞鐵銨，硫酸亞鐵鹽在空氣中易被氧化，而形成摩爾鹽后就比較穩(wěn)定了。三種鹽的溶解度(單位為g/100 g水)如下表：溫度/102030405070(NH4)2SO473.075.478.081.084.591.9FeSO47H2O40.048.060.073.3(NH4)2SO4FeSO46H2O18.121.224.527.9(一)實驗室制取少量摩爾鹽的流程如下：試回答下列問題：(1)步驟1中加入10%Na2CO3溶液的主要作用是除去鐵屑表面的油污，簡述其除去油污的原理_。(2)將(NH4)2SO4與FeSO4混合后加熱、濃縮，停止加熱的時機是_。(3)步驟4中析出的晶體不含(NH4)2SO4和FeSO4的原因是_，理論上制得的摩爾鹽的質(zhì)量為_。(二)稱取兩份質(zhì)量均為1.96 g的該硫酸亞鐵銨，制成溶液。用未知濃度的酸性KMnO4溶液進行滴定。(1)滴定時，將酸性KMnO4溶液裝在_(填“酸式”或“堿式”)滴定管中。試寫出該滴定過程中的離子方程式：_；(2)判斷該反應到達滴定終點的現(xiàn)象為_；(3)假設到達滴定終點時，用去V mL酸性KMnO4溶液，則該酸性KMnO4溶液的濃度為_molL1。解析：(一)(1)Na2CO3會發(fā)生水解反應使溶液呈堿性，堿性條件下酯類物質(zhì)發(fā)生水解反應；(2)蒸發(fā)時不能將水蒸干，因為Fe2容易被氧化；(3)通過比較表格中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下，(NH4)2SO4FeSO46H2O的溶解度比(NH4)2SO4、FeSO4小，所以析出的是(NH4)2SO4FeSO46H2O，參加反應鐵的質(zhì)量為(m1m2)g，根據(jù)鐵元素的質(zhì)量守恒：Fe(NH4)2SO4FeSO46H2O，求出摩爾鹽的質(zhì)量為：7(m1m2)g。(二)(1)酸性KMnO4溶液具有強氧化性，能夠氧化橡膠管，應該用酸式滴定管盛裝；(2)Fe2被氧化為Fe3，MnO被還原成Mn2，則滴定終點時，無色變?yōu)樽仙?0 s內(nèi)不褪色，說明達到滴定終點；(3)依據(jù)關系式：5Fe2MnO，1.96 g的該硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量為0.005 mol，則n(Fe2)0.005 mol，所以求出n(MnO)0.001 mol，c(MnO)1/VmolL1。答案：(一)(1)熱的Na2CO3溶液呈較強的堿性，在堿性條件下使油脂充分水解而除去(2)濃縮至液體表面出現(xiàn)晶膜(3)在相同溫度下，(NH4)2SO4FeSO46H2O的溶解度比(NH4)2SO4、FeSO4小7(m1m2) g(二)(1)酸式5Fe2MnO8H5Fe3Mn24H2O(2)當最后一滴酸性KMnO4溶液滴下時，溶液變成紫色，30 s內(nèi)不褪色，說明達到滴定終點(3)1/V11硫酸亞鐵銨的化學式為(NH4)2SO4FeSO46H2O，又名摩爾鹽，是分析化學中常用的還原劑。某化學研究小組設計如下實驗來制備摩爾鹽并測定硫酸亞鐵銨的純度。步驟一：鐵屑的處理與稱量。在盛有適量鐵屑的錐形瓶中加入Na2CO3溶液，加熱，過濾、洗滌、干燥、稱量，質(zhì)量記為m1。步驟二：FeSO4的制備。將上述鐵屑加入到一定量的稀硫酸中，充分反應后過濾并用少量熱水洗滌錐形瓶和濾紙。濾液及洗滌液完全轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中。濾渣干燥后稱重，質(zhì)量記為m2。步驟三：硫酸亞鐵銨的制備。準確稱取所需質(zhì)量的(NH4)2SO4加入“步驟二”中的蒸發(fā)皿中，緩緩加熱一段時間后停止，冷卻，待硫酸亞鐵銨結(jié)晶后過濾。晶體用無水乙醇洗滌并自然干燥，稱量所得晶體質(zhì)量。步驟四：用比色法測定硫酸亞鐵銨的純度?；卮鹣铝袉栴}：(1)步驟三中稱取的(NH4)2SO4質(zhì)量為_。(2)鐵屑用Na2CO3溶液處理的目的是_。制備FeSO4溶液時，用下圖裝置趁熱過濾，原因是_。將(NH4)2SO4與FeSO4混合后加熱、濃縮，停止加熱的時機是_。比色法測定硫酸亞鐵銨純度的實驗步驟為：Fe3標準色階的配制、待測硫酸亞鐵銨溶液的配制、比色測定。標準色階和待測液配制時除均需加入少量稀鹽酸外，還應注意的問題是_。該實驗最終通過_確定硫酸亞鐵銨產(chǎn)品等級。12在足量的稀氯化亞鐵溶液中，加入12滴液溴，振蕩后溶液變?yōu)辄S色。(1)甲同學認為這不是發(fā)生化學反應所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是_(填粒子的化學式，下同)；乙同學認為這是發(fā)生化學反應所致，使溶液變黃色的物質(zhì)是_。(2)現(xiàn)提供以下試劑：A酸性高錳酸鉀溶液B氫氧化鈉溶液C四氯化碳D硫氰化鉀溶液請判斷哪位同學的推斷是正確的，并用兩種方法加以驗證，寫出選用的試劑編號及實驗中觀察到的現(xiàn)象。_同學正確選用試劑實驗現(xiàn)象第一種方法第二種方法(3)根據(jù)上述實驗推測，若在稀溴化亞鐵溶液中通入氯氣，首先被氧化的離子是_；若選用淀粉碘化鉀溶液來判斷哪位同學的推斷是正確的，你認為是否可以？_。理由是_。二、“鐵三角”的轉(zhuǎn)化關系鐵的變價特征是本節(jié)知識的重點和難點，在領會Fe3具有氧化性、Fe2既有氧化性又有還原性、Fe具有還原性的基礎上掌握鐵及其化合物的重要性質(zhì)。FeFe2：鐵與氧化性比較弱的非金屬(如S、I2)、非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸)、不活潑金屬的鹽溶液(如CuSO4溶液)反應，都會實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。Fe2Fe：比較活潑的金屬(如Al、Zn)能從亞鐵鹽溶液中置換出鐵。如：FeCl2Zn=ZnCl2Fe。FeFe3：鐵與強氧化劑(如Cl2、HNO3、濃硫酸)在一定條件下反應都會實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化。Fe3Fe：鐵鹽溶液與活潑的金屬(K、Na、Ca除外)反應。如：2FeCl33Zn(足量)=2Fe3ZnCl2。Fe2Fe3：亞鐵鹽與強氧化劑反應。如：2FeCl2Cl22FeCl3Fe3Fe2：鐵鹽溶液與比較強的還原劑反應。如：Fe2FeCl3=3FeCl2。2Fe2和Fe3離子的檢驗Fe2(淺綠色)Fe3(棕黃色或黃色)加堿溶液現(xiàn)象白色沉淀灰綠色紅褐色紅褐色沉淀反應Fe22OH=Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3Fe33OH=Fe(OH)3加KSCN或NH4SCN溶液現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象，若通入Cl2，則溶液呈血紅色溶液呈血紅色反應2Fe2Cl2=2Fe32ClFe33SCN=Fe(SCN)3Fe33SCN=Fe(SCN)3【例2】鐵屑溶于過量的稀硫酸，過濾后向濾液中加入適量硝酸，再加入過量的氨水，有紅褐色沉淀生成。過濾、加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，得到紅棕色的殘渣。上述沉淀和殘渣分別為()AFe(OH)3；Fe2O3BFe(OH)2；FeOCFe(OH)2、Fe(OH)3；Fe3O4DFe2O3；Fe(OH)3解析：本題旨在考查Fe元素及其重要化合物的性質(zhì)。鐵屑溶于過量的稀硫酸，發(fā)生反應：FeH2SO4(稀)=FeSO4H2反應后過濾，濾液中應為FeSO4和H2SO4。加入硝酸后的反應為3FeSO44HNO3=Fe2(SO4)3Fe(NO3)3NO2H2O即溶液中Fe2轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3。加入過量氨水時，除中和H2SO4外還將生成紅褐色的Fe(OH)3沉淀：Fe33NH3H2O=Fe(OH)33NH，加熱沉淀物至質(zhì)量不再發(fā)生變化，則Fe(OH)3完全分解：2Fe(OH)3Fe2O33H2O，所得殘渣為紅棕色的Fe2O3。答案：A鐵作為變價金屬，與非氧化性酸反應時生成Fe2，過量的酸存在條件下，再加入硝酸鹽，硝酸根在酸性條件下具有強氧化性繼續(xù)氧化Fe2生成Fe3。21適量的鐵粉放入三氯化鐵溶液中，完全反應后，溶液中的Fe3和Fe2濃度相等，則已反應的Fe3和未反應的Fe3的物質(zhì)的量之比為()A23 B32C12 D1122類推的思維方法在化學學習與研究中常會產(chǎn)生錯誤的結(jié)論。因此，類推出的結(jié)論最終要經(jīng)過實踐的檢驗才能決定其正確與否。以下幾種類推結(jié)論中，正確的是()AFe3O4可以寫成FeOFe2O3，Pb3O4也可以寫成PbOPb2O3B不能用電解AlCl3溶液來制取金屬鋁，也不能用電解MgCl2溶液來制取金屬鎂CFe和S直接化合不能得到Fe2S3，Al和S直接化合也不能得到Al2S3DFeS可以和稀硫酸反應制取硫化氫氣體，F(xiàn)eS也可以和稀硝酸反應制取硫化氫氣體23在Fe2(SO4)3溶液中，加入a g銅，完全溶解后，再加b g鐵，充分反應后得到c g殘余固體，且ac，則下列說法正確的是()A殘余固體是銅和鐵B最后得到的溶液中一定含有Cu2C將殘余固體加入到稀硫酸中，有氣泡產(chǎn)生D最后得到的溶液中可能含有Fe3答案：【互動課堂】觸類旁通11解析：(1)步驟二中的鐵是過量的，目的是防止生成的Fe2被氧化，所以m2是過量的鐵粉的質(zhì)量，這參加反應的鐵的質(zhì)量為m1m2，根據(jù)關系式：FeFeSO4(NH4)2SO4(NH4)2SO4FeSO46H2O，可知(NH4)2SO4的物質(zhì)的量等于參加反應鐵的物質(zhì)的量，得到m(NH4)2SO4132；(2)用鐵屑制取硫酸亞鐵之前要除去表面的油污，制得的硫酸亞鐵既要防止被氧化又要防止結(jié)晶，因此要趁熱減壓過濾，而制取硫酸亞鐵銨時為了使其充分結(jié)晶，應冷卻后過濾。答案：(1)132(2)除去鐵屑表面的油污加快過濾速度，防止FeSO4被氧化；趁熱過濾防止FeSO4從溶液中析出濃縮至液體表面出現(xiàn)晶膜標準色階和待測液的濃度相當將待測液與標準色階的紅色進行比較。12解析：考查的知識點主要為Fe2的還原性及Fe2與Br還原性強弱的比較。(1)黃色物質(zhì)有Br2和Fe3，Br2溶于水呈黃色，含F(xiàn)e3的水溶液也呈黃色。(2)發(fā)生的反應為2Fe2Br2=2Fe32Br。加四氯化碳萃取，如有機層無色可排除甲同學的看法。加硫氰化鉀溶液，如呈紅色可以說明有Fe3，可確定乙同學的看法是正確的。(3)Fe2與Br還原性強弱的比較：Fe2大于Br，故先被氧化的離子是Fe2；因為Br2和Fe3都能把I氧化成I2，所以不可以用加入淀粉碘化鉀溶液的方法來判斷。答案：(1)Br2Fe3(2)乙同學正確選用試劑實驗現(xiàn)象第一種方法C有機層無色第二種方法D溶液變紅(3)Fe2不可以因為Br2和Fe3都能把I氧化成I221A解析：Fe2FeCl3=3FeCl2 1 mol2 mol3 mol按方程式中化學計量數(shù)，2 mol Fe3反應生成3 mol Fe2，又知反應后n(Fe3)n(Fe2)3 mol，故溶液中應有3 mol Fe3剩余。故n(Fe3)反n(Fe3)剩23。22B解析：A項Fe元素的化合價有2、3價，可將Fe3O4寫成FeO、Fe2O3的形式，但Pb元素的化合價有2、4價，故不可寫成PbO、Pb2O3；C項Fe與S化合得FeS，但Al與S化合可得Al2S3；D項FeS與稀硫酸可生成H2S，但H2S有還原性，不能用HNO3制取。23B解析：因為ac，所以最后得到的溶液中一定含有Cu2，則殘余固體中一定無鐵，因有固體Cu殘余，則最后溶液中也不可能含有Fe3，故A、C、D錯，B正確。