Question

【題目】綠礬（FeSO4·7H2O）、硫酸亞鐵銨[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]是重要的化工試劑。工業上常利用機械加工行業產生的廢鐵屑為原料制備綠礬、硫酸亞鐵銨（如下圖）。

已知：

（1）廢鐵屑中含有FeS等雜質，FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑，生成的H2S氣體有毒。

（2）在0~60℃時，硫酸亞鐵銨的溶解度比硫酸銨、硫酸亞鐵的小，冷卻混合液至室溫便析出硫酸亞鐵銨。

（3）硫酸亞鐵易被氧氣氧化為硫酸鐵，影響硫酸亞鐵銨的等級。

請回答下列問題：

實驗一：制備綠礬：

圖Ⅰ中儀器①盛放的液體是_____，除了發生的反應FeS+H2SO4=FeSO4+H2S↑外，還發生的另一個反應的化學方程式是_____。廣口瓶的作用是_____，燒杯中主要的反應是CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4,硫酸銅溶液的作用是_____；此處燒杯中的導管最好換成多孔球泡，目的是_____。

實驗二：制備硫酸亞鐵銨：

如圖Ⅱ。實驗步驟如下：

①連接儀器,_____

②制備FeSO4溶液:先關閉止水夾A，再打開止水夾_____，從分液漏斗滴入稀H2SO4至錐形瓶中。其中NaOH溶液中發生反應的化學方程式為_____，此過程中氫氣的作用是_____。

③制備硫酸亞鐵銨：待錐形瓶中的鐵屑快反應完時，關閉止水夾_____，打開止水夾_____，不久會看到錐形瓶中的液體被壓入飽和硫酸銨溶液中，放置一段時間，試劑瓶底部將結晶出硫酸亞鐵銨晶體。

實驗三：對所制得的硫酸亞鐵銨樣品進行加熱

溫度與TG%的關系如圖所示，已知，200℃以前只有結晶水失去。[Mr(FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O)=392]，已知：TG%=×100%。

TG%從100%降低為72.4%時，發生反應的化學方程式是_____。試計算AB段物質的化學式_____（寫出計算過程）。

Answer 1

【答案】稀硫酸 安全瓶（或防倒吸） 尾氣處理，防止污染大氣 增大接觸面積，使反應更充分 檢查裝置的氣密性 BC 排出裝置和硫酸銨溶液中的氧氣 BC A FeSO4·(NH4)2SO4·2H2O

【解析】

實驗一：工業制備綠礬常用廢鐵屑和硫酸反應進行制取，故圖Ⅰ中儀器①盛放的液體是稀硫酸；廢鐵屑中一定含有鐵，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，；廣口瓶作為安全瓶收集產生的硫化氫氣體和氫氣；燒杯中的硫酸銅溶液主要是吸收尾氣H2S，防止污染大氣；燒杯中的導管最好換成多孔球泡，目的是增大氣體與溶液的接觸面積，使反應充分進行；

實驗二：①儀器連接好，一般都要檢查裝置的氣密性，尤其是有氣體參加或者生成的反應；

②制備FeSO4溶液先關閉止水夾A，再打開止水夾BC，是為了用產生的氫氣將裝置內的空氣排出，因為亞鐵鹽容易被氧化；

廢鐵屑中含有FeS等雜質，硫化亞鐵會與硫酸反應生成硫酸亞鐵和硫化氫氣體，氫氧化鈉溶液就是為了吸收硫化氫氣體，方程式為：；此過程中氫氣的作用是排出裝置和硫酸銨溶液中的氧氣，因為亞鐵鹽容易被氧化；

③制備硫酸亞鐵銨：待錐形瓶中的鐵屑快反應完時，關閉止水夾BC，打開止水夾A，產生的氫氣使錐形瓶中壓強增大，將硫酸亞鐵壓入左邊的瓶中，使之反應；

實驗三：通過分析可知，對硫酸亞鐵銨[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]樣品進行加熱到100℃時，首先是固體表面的分子水蒸發得到硫酸亞鐵銨[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]，這一步是物理變化，繼續加熱到100-200℃時，已知200℃以前只有結晶水失去，因此硫酸亞鐵銨[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]中的結晶水開始脫去，這一步是化學變化．

所以TG%從100%降低為72.4%時，發生反應的化學方程式是：；

假設硫酸亞鐵銨晶體質量是392克，AB段物質的化學式為FeSO4·(NH4)2SO4·xH2O；

加熱到200℃時，失去結晶水，剩下的硫酸亞鐵銨質量為：；

由關系圖可知AB段的TG%=81.6%，即，m水=35.872g，則，所以AB段物質的化學式為FeSO4·(NH4)2SO4·2H2O。