Question

12．（NH₄）₂Fe（SO₄）₂俗称莫尔盐，其常见的制备工艺流程如下：

（l）已知流程中铁粉制备反应如下：
4H₂O（g）+3Fe（s）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
Fe₃O₄（s）=3Fe（s）+2O₂（g）△H=b kJ/mol
则光解气态水制备H₂的热化学方程式为H₂O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=$\frac{1}{4}$（a+b）kJ/mol．
（2）步骤I中加水发生如下反应，请完善该反应：TiO²⁺+2H₂O?2H⁺+H₂TiO₃↓；该步骤加入铁粉的作用是①防止Fe²⁺ 被氧化成Fe³⁺；
②消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解．
（3）步骤Ⅳ生成（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，其化学反应方程式为（NH₄）₂SO₄+FeSO₄=（NH₄）₂Fe（SO₄）₂；写出（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中各离子溶度由大到小的顺序：C（SO₄^2-）＞C（NH₄⁺）＞C（Fe²⁺）＞C（H⁺）＞C（0H^-）
（4）已知在潮湿空气中Fe（OH）₂比FeCl₂更易被氧化．据此分析（NH₄）₂Fe（SO₄）₂比FeSO₄稳定的原因是由题意可知二价铁离子在碱性条件下更易被氧化，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂水解后的酸性强于FeSO₄，则（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的还原性小于FeSO₄，所以更稳定．
（5）室温时Fe（OH）₃的悬浊液中存在Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq） Ksp[Fe（OH）₃]=8ⅹ10^-32若此悬浊液中 c（Fe³⁺）=0.08mol•L^-1则溶液的pH等于4．

Answer 1

分析 FeSO₄（含有TiOSO₄）中加水和过量铁粉，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀，过滤得到的滤渣为H₂TiO₃，滤液为硫酸亚铁溶液，在滤液中加（NH₄）₂SO₄，生成（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，对溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得到（NH₄）₂Fe（SO₄）₂晶体；
（1）把已知的热化学方程式相加即得到水分解的热化学方程式；
（2）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀；Fe粉能防止亚铁离子被氧化，Fe消耗氢离子能促进TiO²⁺水解；
（3）在FeSO₄溶液中加（NH₄）₂SO₄会生成（NH₄）₂Fe（SO₄）₂；（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中亚铁离子和铵根离子均能水解，溶液显酸性；
（4）由题中信息可知亚铁离子在碱性条件下易被氧化；
（5）根据Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）计算氢氧根离子的浓度，然后求出pH．

解答 解：FeSO₄（含有TiOSO₄）中加水和过量铁粉，TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀，过滤得到的滤渣为H₂TiO₃，滤液为硫酸亚铁溶液，在滤液中加（NH₄）₂SO₄，生成（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，对溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤即可得到（NH₄）₂Fe（SO₄）₂晶体；
（1）①4H₂ O（g）+3Fe（s）═Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
②Fe₃O₄（s）=3Fe（s）+2O₂（g）△H=b kJ/mol
由盖斯定律：（①+②）×$\frac{1}{4}$得H₂ O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=$\frac{1}{4}$×（a+b）=$\frac{1}{4}$（a+b）kJ/mol，
故答案为：H₂ O（g）=H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=$\frac{1}{4}$（a+b）kJ/mol；
（2）TiO²⁺水解生成H₂TiO₃沉淀，其水解的离子方程式为TiO²⁺+2H₂O═2H⁺+H₂TiO₃↓；亚铁离子在溶液中易被氧化，加Fe粉能防止亚铁离子被氧化，Fe消耗溶液中的氢离子能促进TiO²⁺水解，
故答案为：TiO²⁺；防止Fe²⁺被氧化为Fe³⁺；消耗溶液中的H⁺促进TiO²⁺水解；
（3）在FeSO₄溶液中加（NH₄）₂SO₄会生成（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，其反应方程式为：（NH₄）₂SO₄+FeSO₄=（NH₄）₂Fe（SO₄）₂；（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中亚铁离子和铵根离子均能水解，溶液显酸性，则离子溶度由大到小的顺序：C（SO₄^2-）＞C（NH₄⁺）＞C（Fe²⁺）＞C（H⁺）＞C（0H^-）；
故答案为：（NH₄）₂SO₄+FeSO₄=（NH₄）₂Fe（SO₄）₂； C（SO₄^2-）＞C（NH₄⁺）＞C（Fe²⁺）＞C（H⁺）＞C（0H^-）；
（4）已知在潮湿空气中Fe（OH）₂比FeCl₂更易被氧化，说明二价铁离子在碱性条件下易被氧化，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂在溶液中电离出来的铵根离子和二价铁离子均发生水解，水解后的溶液的酸性强于FeSO₄，则（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的还原性小于FeSO₄，所以更稳定；
故答案为：由题意可知二价铁离子在碱性条件下更易被氧化，（NH₄）₂Fe（SO₄）₂水解后的酸性强于FeSO₄，则（NH₄）₂Fe（SO₄）₂的还原性小于FeSO₄，所以更稳定；
（5）室温时Fe（OH）₃的悬浊液中存在Fe（OH）₃（s）?Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq） Ksp[Fe（OH）₃]=8ⅹ10^-32若此悬浊液中 c（Fe³⁺）=0.08mol•L^-1，Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=0.08×c³（OH^-）=8×10^-32，则c（OH^-）=10^-10mol/L，所以c（H⁺）=10^-4mol/L，则pH=4，
故答案为：4．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、物质的制备、物质的分离、溶度积常数的有关计算等，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，分析流程掌握物质性质和实验基本操作是解题关键，题目难度中等．