Question

以廢鐵屑為原料生產(chǎn)莫爾鹽的主要流程如下：

（1）“反應(yīng)I”中通入N₂的作用是

 

．
（2）為確定莫爾鹽的化學(xué)式，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)：稱取23.52g新制莫爾鹽，溶于水配制成100mL溶液，將所得溶分成兩等份．一份加入足量Ba（OH）₂溶液，并微熱，逸出能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，同時(shí)生成白色沉淀，隨即沉淀變?yōu)榛揖G色，最后帶有紅褐色；用足量稀鹽酸處理沉淀物，充分反應(yīng)后過濾、洗滌和干燥，得白色固體13.98g．另一份用0.2000mol?L^-1 K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定，當(dāng)Cr₂O₇^2-恰好完全被還原為Cr³⁺時(shí)，消耗K₂Cr₂O₇溶液的體積為25.00mL．
①在上述實(shí)驗(yàn)過程中，確定Ba（OH）₂溶液已經(jīng)足量的方法是

 

．
若要使溶液中能被Ba（OH）₂沉淀的離子的殘余濃度不高于1.0×10^-5mol/L，則Ba（OH）₂在溶液中的殘余濃度應(yīng)不低于

 

mol/L（已知：Ksp（BaSO₄）=1.1×10^-10，Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，

4.9

≈2.2）．
②通過計(jì)算確定莫爾鹽的化學(xué)式

 

．（寫出計(jì)算過程）

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：廢鐵屑?jí)A洗除去油污，水洗除去表面堿液，加入硫酸和表面氧化鐵反應(yīng)生成硫酸鐵和水，鐵和硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，鐵離子和鐵反應(yīng)生成亞鐵離子，亞鐵離子易被氧化，充入氮?dú)獍蜒b置中空氣排凈；趁熱過濾得到硫酸亞鐵溶液，向硫酸亞鐵溶液中加入硫酸銨結(jié)晶析出摩爾鹽．
（1）氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)，可以將其中的空氣排凈等；
（2）①檢驗(yàn)氫氧化鋇已足量，即檢驗(yàn)硫酸根離子沉淀完全；根據(jù)沉淀溶解平衡常熟計(jì)算氫氧化鋇的最低濃度；
②不溶于鹽酸的白色固體13.98g為硫酸鋇沉淀，據(jù)此可計(jì)算出硫酸根離子的物質(zhì)的量，根據(jù)化學(xué)方程式6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O計(jì)算亞鐵離子的物質(zhì)的量，根據(jù)電荷守恒來計(jì)算銨根離子物質(zhì)的量，根據(jù)質(zhì)量守恒計(jì)算水的物質(zhì)的量，算出各微粒的物質(zhì)的量之比，進(jìn)而寫出摩爾鹽的化學(xué)式．

解答： 解：（1）亞鐵離子很易被空氣氧化為三價(jià)鐵離子，“反應(yīng)I”中通入N₂，可以防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，同時(shí)通入時(shí)的氣流會(huì)起攪拌作用，能加快反應(yīng)速率，
故答案為：防止Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，且起攪拌作用，以加快反應(yīng)速率；
（2）①氫氧化鋇和硫酸鐵銨反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀和氫氧化鐵沉淀及氨氣，若氫氧化鋇不足，則溶液中存在硫酸根離子，故繼續(xù)加入氫氧化鋇沉淀，若無沉淀生成，證明氫氧化鋇過量，具體操作為：再加入一滴Ba（OH）₂溶液，不再生成新的沉淀，則說明氫氧化鋇過量；
亞鐵離子沉淀完全，c（Fe²⁺）=1.0×10^-5mol/L，則此時(shí)c（OH^-）=

4.9×10-17 1.0×10-5

=2.2×10^-6；
硫酸根離子沉淀完全，c（SO₄^2-）=1.0×10^-5mol/L，則此時(shí)c（Ba²⁺）=

1.1×10-10

1.0×10-5

=1.1×10^-5，故要使離子沉淀完全，殘余氫氧化鋇濃度不低于1.1×10^-5，
故答案為：再加入一滴Ba（OH）₂溶液，不再生成新的沉淀；1.1×10^-5；
②n（SO₄^2-）=

13.98g

233g/mol

=0.06 mol
6Fe²⁺+Cr₂O₇^2-+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
6          1
n（Fe²⁺）  0.2000mol?L^-1×0.025L
n（Fe²⁺）=0.005 mol×6=0.03mol
根據(jù)電荷守恒得：n（NH₄⁺）+2n（Fe²⁺）=2n（SO₄^2-），n（NH₄⁺）=0.06mol，
n（H₂O）=

23.52g 2 -0.06mol×96g/mol-0.03mol×56g/mol-0.06mol×18g/mol

18g/mol

=0.18 mol，
n（SO₄^2-）：n（Fe²⁺）：n（NH₄⁺）：n（H₂O）=0 06 mol：0 03 mol：0 06mol：0 18 mol=2：1：2：6，故莫爾鹽的化學(xué)式為：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O[或（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]，
故答案為：（NH₄）₂Fe（SO₄）₂?6H₂O[或（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道關(guān)于物質(zhì)分子式確定的計(jì)算題，考查學(xué)生的計(jì)算能力以及分析和解決問題的能力，綜合性較強(qiáng)，難度大．在計(jì)算氫氧化鋇濃度的最低濃度應(yīng)按鋇離子濃度計(jì)算氫氧化鋇濃度，而不能按氫氧根離子濃度計(jì)算氫氧化鋇濃度，計(jì)算摩爾鹽的化學(xué)式時(shí)要注意分成兩份，計(jì)算時(shí)要注意電荷守恒和質(zhì)量守恒的應(yīng)用．