Question

18．实验室用铁粉制备摩尔盐的操作流程如下：

（1）流程中“趁热”过滤的原因是防止温度降低，硫酸亚铁晶体析出．
（2）反应1制得硫酸亚铁的物质的量理论上应小于0.075mol．
（3）为确定摩尔盐的化学式，进行如下实验：现称取4.704g新制摩尔盐，溶于水配制成100.0mL溶液，再将该溶液分成两等份．
向其中一份溶液中加入足量Ba（OH）₂溶液，并微热，逸出能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，同时生成白色沉淀，随即沉淀变为灰绿色，最后带有红褐色，用足量稀盐酸处理沉淀物，充分反应后过滤、洗涤和干燥，得白色固体2.796g．
另一份溶液用0.050 0mol•L^-1 K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，当Cr₂O₇^2-恰好完全被还原为Cr³⁺时，消耗K₂Cr₂O₇溶液的体积为20.00mL．
①25℃时，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-离子沉淀完全（即该离子浓度须小于1×10^-5 mol•L^-1），则此时c[（Ba（OH）₂]≥1.1×10^-5mol•L^-1．
②确定该摩尔盐的化学式（写出计算过程）．

Answer 1

分析 Fe和稀硫酸反应生成硫酸亚铁，趁热过滤，然后想滤液中加入硫酸铵晶体，将溶液结晶、洗涤、晾干得到摩尔盐，
（1）温度越高，硫酸亚铁的溶解度越大；
（2）n（Fe）=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，n（H₂SO₄）=3mol×0.025L=0.075mol，二者反应方程式为Fe+H₂SO₄=H₂↑+FeSO₄，根据方程式知，Fe剩余，当硫酸浓度很稀时就不和Fe反应了；
（3）①25℃时，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-离子沉淀完全（即该离子浓度须小于1×10^-5 mol•L^-1），则c（Ba²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（BaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$，再根据Ba原子守恒计算c[（Ba（OH）₂]；
②摩尔盐和氢氧化钡反应生成硫酸钡、氨气、氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，被氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀，然后用足量稀盐酸溶解沉淀，最后得到的白色沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.796g}{233g/mol}$=0.012mol，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6     1
n     0.0500mol•L^-1×0.020L
n（Fe²⁺）=0.001 mol×6=0.006mol
根据电荷守恒得n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.012mol，
n（H₂O）=$\frac{\frac{4.704}{2}g-0.012mol×96g/mol-0.012mol×18g/mol-0.006mol/L×56g/mol}{18g/mol}$=0.036mol，
根据各微粒的物质的量之比确定化学式．

解答 解：Fe和稀硫酸反应生成硫酸亚铁，趁热过滤，然后想滤液中加入硫酸铵晶体，将溶液结晶、洗涤、晾干得到摩尔盐，
（1）温度越高，硫酸亚铁的溶解度越大，为降低硫酸亚铁的溶解度，需要趁热过滤，
故答案为：防止温度降低，硫酸亚铁晶体析出；
（2）n（Fe）=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，n（H₂SO₄）=3mol×0.025L=0.075mol，二者反应方程式为Fe+H₂SO₄=H₂↑+FeSO₄，根据方程式知，Fe剩余，当硫酸浓度很稀时就不和Fe反应了，所以理论上得到的硫酸亚铁物质的量小于0.075mol，故答案为：0.075；
（3）①25℃时，K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10，若要使溶液中SO₄^2-离子沉淀完全（即该离子浓度须小于1×10^-5 mol•L^-1），则c（Ba²⁺）=$\frac{{K}_{sp}（BaS{O}_{4}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1{0}^{-5}}$mol/L=1.1×10^-5mol•L^-1，再根据Ba原子守恒得c[（Ba（OH）₂]=c（Ba²⁺）=1.1×10^-5mol•L^-1，
故答案为：1.1×10^-5；
②摩尔盐和氢氧化钡反应生成硫酸钡、氨气、氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，被氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀，然后用足量稀盐酸溶解沉淀，最后得到的白色沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.796g}{233g/mol}$=0.012mol，
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6     1
n     0.0500mol•L^-1×0.020L
n（Fe²⁺）=0.001 mol×6=0.006mol
根据电荷守恒得n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.012mol，
n（H₂O）=$\frac{\frac{4.704}{2}g-0.012mol×96g/mol-0.012mol×18g/mol-0.006mol/L×56g/mol}{18g/mol}$=0.036mol，
n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0 012 mol：0 006 mol：0 012mol：0036 mol=2：1：2：6，故莫尔盐的化学式为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，
故答案为：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂•6H₂O[或（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，明确各个物理量之间的关系是解本题关键，题目难度中等．