Question

硫酸亞鐵(FeSO₄·7H₂O)是一種重要的食品和飼料添加劑。實驗室通過下列實驗由廢鐵屑制備FeSO₄·7H₂O晶體：

①將5%Na₂CO₃溶液加入到盛有一定量廢鐵屑的燒杯中，加熱數分鐘，用傾析法除去Na₂CO₃溶液，然后將廢鐵屑用水洗滌2—3遍。

②向洗滌過的廢鐵屑加入過量的稀硫酸，控制溫度50—80 ℃之間至鐵屑耗盡。

③趁熱過濾，將濾液轉入到密閉容器中，靜置、冷卻結晶。

④待結晶完畢后，濾出晶體，用少量冰水洗滌2—3次，再用濾紙將晶體吸干。

⑤將制得的FeSO₄·7H₂O晶體放在一個小廣口瓶中，密閉保存。

請完成下列問題：

(1)實驗步驟①的目的是____________，加熱的作用是______________________________。

(2)實驗步驟②明顯不合理，理由是______________________________________________。

(3)實驗步驟④中用少量冰水洗滌晶體，其目的是__________________________________。

(4)經查閱資料后發現，硫酸亞鐵在不同溫度下結晶可分別得到FeSO₄·7H₂O、FeSO₄·4H₂O和FeSO₄·H₂O。硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度和該溫度下析出晶體的組成如下表所示(僅在56.7 ℃、64 ℃溫度下可同時析出兩種晶體)。

溫度/℃	0	10	30	50		56.7	60	64		70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0		35.2	35.3	35.6		33.0	30.5	27.0
析出晶體	FeSO4·7H2O				FeSO4·4H2O				FeSO4·H2O

請根據表中數據作出硫酸亞鐵的溶解度曲線。

圖3-8

(5)若從硫酸亞鐵溶液中結晶出FeSO₄·4H₂O晶體，應控制的結晶溫度(t)的范圍為_______。

Answer 1

解析：本題是一道綜合實驗題，以物質的制備為載體，靈活考查了鹽類水解、氧化還原、實驗操作技能、信息采集和處理能力、數據分析和處理能力、繪圖能力、實驗方案評價能力，題目的設問采用了階梯漸進式，由易到難，對同學們提出了較高的要求。因為采用了廢舊的鐵屑，其表面肯定帶有油污，這對下面的溶解等很多過程都是不利的，故需要用熱純堿溶液先除油污；因為亞鐵離子極易被氧化，所以在用硫酸溶解鐵屑的時候，應該是鐵屑過量；硫酸亞鐵晶體在水中的溶解度隨溫度的升高而增大，所以在過濾時應該越低越好，本題采用了冰水洗滌雜質離子，就是這個意思；通過閱讀圖表可知，在溶液溫度處于56.7 ℃和64 ℃之間時，硫酸亞鐵的溶解度基本沒有變化，所以在繪圖時要注意這一信息；分析圖表還可以看出，當溫度處于56.7 ℃和64 ℃之間時，可以生成FeSO₄·4H₂O晶體。

答案：(1)除油污  升高溫度，溶液堿性增強，去油污能力增強

(2)應該鐵屑過量(或反應后溶液中必須有鐵剩余)，否則溶液中可能有Fe³⁺存在

(3)洗滌除去晶體表面附著的硫酸等雜質，用冰水洗滌可降低洗滌過程中FeSO₄·7H₂O的損耗

(4)

(5)56.7 ℃＜t＜64 ℃