Question

12．工业上制备补血剂常用碳酸亚铁，某兴趣小组对碳酸亚铁的制备与性质进行探究．
（1）利用如图1装置制备碳酸亚铁：

①装置中仪器A的名称为分液漏斗．实验时要配制100mL 4mol•L^-1 H₂SO₄溶液，需用98%（ρ=1.84g•cm^-3）的浓硫酸体积为21.7mL．
②制备FeCO₃时，将B中混合溶液压入装置C的操作是关闭活塞3，打开活塞2．
（2）探究碳酸亚铁性质：
如图2，称取一定质量的纯净FeCO₃放入硬质玻璃管中，打开K，通入氧气，加热硬质玻璃管．乙瓶中澄清石灰水不再产生沉淀时（CO₃^2-全部转化为CO₂），停止加热，继续通入氧气至玻璃管冷却，称量剩余固体的质量．
①为确定剩余固体中是否含有Fe²⁺，除稀硫酸外，还需要选用的试剂是酸性高锰酸钾溶液．
②若开始时称取23.2g FeCO₃固体，反应后称得剩余固体质量净减7.2g．通过计算确定剩余固体成分是Fe₂O₃，写出硬质玻璃管中发生反应的化学方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO．
（3）FeCO₃可用于乳制品、营养液成分乳酸亚铁的制备：将FeCO₃加入乳酸溶液中，再加入铁粉，在75℃下搅拌使之充分反应，然后再加入适量乳酸．
①反应后加入适量乳酸的作用是除去过量铁粉，且抑制Fe²⁺的水解．最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得乳酸亚铁晶体．分离过程中加入无水乙醇的目的是减少乳酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出．
②已知人体不能很好地吸收利用Fe³⁺，科学研究表明服用含乳酸亚铁的补血剂时，同时服用维生素C，有利于铁元素的吸收．维生素C在这一过程中的作用是作还原剂，防止Fe²⁺被氧化．

Answer 1

分析 （1）①仪器A为分液漏斗；根据c=$\frac{1000ρω}{M}$计算浓硫酸物质的量浓度，再根据稀释定律计算需要浓硫酸的体积；
②亚铁离子容易被氧气氧化，制备过程中应在无氧环境中进行，Fe与稀硫酸反应制备硫酸亚铁，利用反应生成的氢气排尽装置中的空气，C装置中FeSO₄和NH₄HCO₃发生反应：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，利用生成氢气，使B装置中气压增大，将B装置中的氯化亚铁溶液压入C中；
（2）①利用硫酸溶解加热后的固体，再利用酸性高锰酸钾溶液检验是否含有亚铁离子；
②23.2g FeCO₃物质的量为$\frac{23.2g}{116g/mol}$=0.2mol，完全分解可以得到二氧化碳为2mol×44g/mol=8.8g，反应中通入氧气，分解得到的FeO会被氧化，计算剩余固体的质量，结合Fe原子守恒计算残留固体中O原子物质的量，可以确定剩余固体的化学式，进而书写反应方程式；
（3）①实验目的是制备乳酸亚铁晶体，加入Fe粉，防止Fe²⁺离子被氧化，过量的铁粉用乳酸除去，Fe被充分利用，可以抑制亚铁离子水解；
分离过程中加入无水乙醇，减少乳酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出；
②维生素作还原剂，防止Fe²⁺被氧化．

解答 解：（1）①由仪器A的结构特征，可知A为分液漏斗，根据c=$\frac{1000ρω}{M}$可知，浓硫酸物质的量浓度为$\frac{1000×1.84×98%}{98}$mol/L=18.4mol/L，根据稀释定律，需要浓硫酸的体积为$\frac{100mL×4mol/L}{18.4mol/L}$=21.7mL，
故答案为：分液漏斗；21.7mL；
②亚铁离子容易被氧气氧化，制备过程中应在无氧环境中进行，Fe与稀硫酸反应制备硫酸亚铁，利用反应生成的氢气排尽装置中的空气，C装置中FeSO₄和NH₄HCO₃发生反应：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，利用生成氢气，使B装置中气压增大，将B装置中的氯化亚铁溶液压入C中，具体操作为：关闭活塞3，打开活塞2，
故答案为：关闭活塞3，打开活塞2；
（2）①利用硫酸溶解加热后的固体，再滴入酸性高锰酸钾溶液检验，若溶液紫色脱去，说明含有Fe²⁺，否则不含Fe²⁺，
故答案为：酸性高锰酸钾溶液；
②23.2g FeCO₃物质的量为$\frac{23.2g}{116g/mol}$=0.2mol，完全分解可以得到二氧化碳为2mol×44g/mol=8.8g，反应中通入氧气，分解得到的FeO会被氧化，剩余固体中Fe为0.2mol，则剩余固体中O元素物质的量为$\frac{23.2g-7.2g-0.2mol×56g/mol}{16g/mol}$=0.3mol，故Fe、O物质的量之比为2：3，则剩余固体为Fe₂O₃，反应方程式为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：Fe₂O₃；4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（3）①Fe²⁺离子易被氧化为Fe³⁺离子，实验目的是制备乳酸亚铁晶体，加入Fe粉，防止Fe²⁺离子被氧化，过量的铁粉可以充分利用，得到乳酸亚铁，且抑制Fe²⁺的水解，
分离过程中加入无水乙醇，减少乳酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出，
故答案为：除去过量铁粉，且抑制Fe²⁺的水解；减少乳酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出；
②维生素作还原剂，防止Fe²⁺被氧化，
故答案为：作还原剂，防止Fe²⁺被氧化．

点评 本题考查实验制备方案，涉及化学仪器识别、对操作的分析评价、物质分离提纯、信息获取与迁移应用、溶液配制、化学计算等，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，难度中等．