Question

3．硫酸铁铵[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O]广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等．某化工厂以硫酸亚铁（含少量硝酸钙）和硫酸铵为原料，设计了如下工艺流程制取硫酸铁铵．

请回答下列问题：
（1）硫酸亚铁溶液加 H₂SO₄酸化的主要目的是增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，同时抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，滤渣A的主要成分是CaSO₄．
（2）下列物质中最适合的氧化剂B是b；反应的离子方程式H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O．
a．NaClO          b．H₂O₂       c．KMnO₄         d．K₂Cr₂O₇
（3）操作甲、乙的名称分别是：甲冷却结晶，乙常温晾干．
（4）检验硫酸铁铵中NH₄⁺的方法是向试管中加入少量样品和氢氧化钠溶液加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验若变蓝，则含NH₄⁺．
（5）称取14g 所得样品，将其溶于水配制成100mL 溶液，分成两等份，向其中一份加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得 2.14g沉淀；向另一份溶液中加入 0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反应．则该硫酸铁铵的化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 原料中加入硫酸酸化，增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，可以抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，过滤分离，减压过滤后加入B物质，目的是将亚铁离子氧化为铁离子，且不能引入新杂质，最适合的氧化剂为过氧化氢，硫酸铁与硫酸铵在80℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经过常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵．
（4）在试管中加入少量样品和氢氧化钠固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验；
（5）14g所得样品配成溶液，分成两等份，其中一份加入氢氧化钠得到2.14g沉淀为氢氧化铁，根据n=$\frac{m}{M}$计算氢氧化铁的物质的量；另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反应生成硫酸钡沉淀，根据钡离子可知溶液中硫酸根离子物质的量，根据铁离子、硫酸根守恒计算Fe₂（SO₄）₃、（NH₄）₂SO₄的物质的量，再计算每一份晶体中结晶水的质量，进而计算结晶水的物质的量确定化学式．

解答 解：原料中加入硫酸酸化，增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，可以抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，过滤分离，减压过滤后加入B物质，目的是将亚铁离子氧化为铁离子，且不能引入新杂质，最适合的氧化剂为过氧化氢，硫酸铁与硫酸铵在80℃下反应可生成硫酸铁铵，经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，最后经过常温晾晒可到纯净的硫酸铁铵．
（1）硫酸亚铁溶液加 H₂SO₄酸化，增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，同时抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解，滤渣A的成分为：CaSO₄，
故答案为：增大溶液中SO₄^2-浓度，将Ca²⁺转化为沉淀，同时抑制Fe²⁺、Fe³⁺水解；CaSO₄；
（2）加入B物质，目的是将亚铁离子氧化为铁离子，H₂O₂的还原产物是水，是绿色氧化剂，而别的试剂都会引入新的杂质，故试剂B选过氧化氢，反应离子方程式为：H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O，
故答案为：b；H₂O₂+2Fe²⁺+2H⁺=2Fe²⁺+2H₂O；
（3）根据流程从溶液中得到沉淀的方法是冷却结晶，再常温晾干即可，温度不能过高，防止分解，故甲为冷却结晶，乙为常温晾干，
故答案为：冷却结晶；常温晾干；
（4）在试管中加入少量样品和氢氧化钠固体加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验，看到试纸变成蓝色，则证明原溶液中含有氨根离子，
故答案为：向试管中加入少量样品和氢氧化钠溶液加热，在试管口用湿润的红色石蕊试纸检验若变蓝，则含NH₄⁺；
（5）14g所得样品配成溶液，分成两等份，其中一份加入氢氧化钠得到2.14g沉淀为氢氧化铁，所以铁的物质的量是$\frac{2.14g}{107g/mol}$=0.02mol；向另一份溶液中加入0.05mol Ba （NO₃）₂溶液，恰好完全反应生成硫酸钡沉淀．因此溶液中n（SO₄^2-）=0.05mol，故每一份中含有的Fe₂（SO₄）₃为$\frac{0.02mol}{2}$=0.01mol，（NH₄）₂SO₄为0.05mol-0.01mol×3=0.02mol，每一份中结晶水的质量为：7.00g-（0.01mol×400g/mol+0.02mol×132g/mol）=0.36g，n（H₂O）=$\frac{0.36g}{18g/mol}$=0.02mol，因此该硫酸铁铵的化学式为：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

点评 本题考查物质制备实验，涉及物质的分离提纯、对方案的分析评价、物质组成的沉淀等，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，明确工艺流程原理是解题关键，难度中等．