Question

18．绿矾（FeSO₄•7H₂O）是治疗缺铁性贫血药品的重要成分．如图是以市售铁屑（含少量锡、氧化铁等杂质）为原料生产纯净绿矾的一种方法：

查询资料，得有关物质的数据如表：

25℃时	pH值
饱和H2S溶液	3.9
SnS沉淀完全	1.6
FeS开始沉淀	3.0
FeS沉淀完全	5.5

（1）写出Fe和Fe₂O₃在硫酸溶液中发生反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；．
（2）操作II中，通入硫化氢至饱和的目的是：①除去溶液中的Sn²⁺离子；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⁺离子生成沉淀．
（3）操作IV的顺序依次为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤．
（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质；②降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗．
（5）已知常温下，K_sp[Fe（OH）₂]=1.64×10^-14，则求得反应：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常数为：0.6×10^-14（保留1位小数）
（6）测定绿矾产品中Fe²⁺含量的方法是：a．称取2.850g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；c．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL．计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为97.5%．（保留3位小数）

Answer 1

分析 本题是工业制备绿矾的流程探究，涉及反应原理，用稀硫酸溶解铁和氧化铁的混合物，并通H₂S利用沉淀法可除去其中混有的Sn²⁺，考虑到Fe²⁺易水解和易氧化，因此要保持溶液处于酸环境同时铁粉过量，对所得硫酸亚铁溶液可以通过蒸发浓缩并冷却结晶的方法得到，经过洗涤干燥后再通过滴定法测定样品的纯度；
（1）Fe和Fe₂O₃在硫酸溶液中发生的反应包括铁和氧化铁与稀硫酸的反应及多余的铁将三价铁还原成二价铁；
（2）依据流程关系图分析，通入硫化氢制饱和，硫化氢是强还原剂，目的是沉淀锡离子，防止亚铁离子被氧化；在H₂S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，操作Ⅱ加入稀硫酸调节溶液PH=2为了除去杂质离子Sn²⁺；
（3）操作IV的目的是从滤液中析出绿矾晶体，利用蒸发浓缩，结晶洗涤得到晶体；
（4）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤目的是洗去表面杂质，温度降低绿矾溶解度降低，减少绿矾晶体的损失；
（5）常温下K_sp[Fe（OH）₂]=1.64×10^-14=c（Fe²⁺）×c²（OH^-），Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$，再结合Kw进行计算；
（6）依据滴定实验的反应终点时发生的反应根据关系式进行计算．

解答 解：（1）铁与稀硫酸反应的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，氧化铁溶解在稀硫酸中的离子反应式为Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，Fe³⁺继续溶解铁的离子反应式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，故答案为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）通入硫化氢至饱和除沉淀Sn²⁺外，因硫化氢具有强还原性，可以防止亚铁离子被氧化，已知在H₂S饱和溶液中，SnS沉淀完全时溶液的pH为1.6；FeS开始沉淀时溶液的pH为3.0，沉淀完全时的pH为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时，Sn²⁺完全沉淀，亚铁离子不沉淀，故答案为：防止Fe²⁺被氧化；防止Fe²⁺离子生成沉淀；
（3）溶液中得到晶体，需要对溶液进行加热蒸发浓缩，结晶析出，过滤洗涤等，所以操作IV的顺序依次为：蒸发、结晶、过滤、洗涤，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）冰水温度低，物质溶解度减小，可以洗去沉淀表面的杂质离子，避免绿矾溶解带来的损失，故答案为：降低洗涤过程中FeSO₄•7H₂O的损耗；
（5）Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡常数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，故答案为：0.6×10^-14；
（6）a．称取2.8500g绿矾产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0.01000mol/L KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20.00mL，则
   5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
   5       1
n（Fe²⁺） 0.01000mol/L×0.0200L
计算得到；n（Fe²⁺）=0.001mol；
则250mL溶液中含Fe²⁺=0.001mol×$\frac{250}{25}$=0.01mol；
FeSO₄•7H₂O物质的量为0.01mol，质量=0.01mol×278g/mol=2.78g；
质量分数=$\frac{2.78g}{2.85g}$×100%=97.5%，
故答案为：97.5%．

点评 本题考查了铁盐亚铁盐的性质应用，分离混合物的实验方法设计和分析判断，滴定实验的分析判断，数据计算，误差分析的方法，题目难度中等．