聚焦硫酸亚铁铵

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1、第 1 页聚焦聚焦硫酸亚铁铵硫酸亚铁铵江苏省运河中学 （邮编 221300） 龚 源莫尔(Karl Fricdrich Mohr)是一位著名分析化学家，以他名字命名的莫尔盐又称硫酸亚铁铵、铁铵矾(NH4)2Fe(SO4)26H2O，它是一种透明的浅蓝绿色晶体。硫酸亚铁铵作为一种典型的复盐，是分析化学中重要的试剂，因其组成多样并与中学诸多主干知识有密切联系，所以常受到命题者的青睐，成为高考、竞赛等各类考试的考查热点。人教版高三化学选修教材中就有关于硫酸亚铁铵成分推断的讨论；普通高中化学课程标准的“实验化学”选修模块也在“活动与探究建议”中有“设计实验：硫酸亚铁铵的制备及纯度测定。 ”下面就硫酸亚

2、铁铵的相关知识点通过习题进行系统小结。一、 考查硫酸亚铁铵组成成分的实验探究硫酸亚铁铵是一种结晶水合物，含有 NH4、Fe2 、SO42及 H2O，由于成分复杂，又能较好地考查中学主干知识，因而许多习题就此展开设计与讨论。【例 1】A 盐是一种矾，溶于水后可电离出三种离子。用 A 盐进行如下实验：(1)准确称量 3.920g 晶体溶于适量的稀硫酸中，配成 100mL 浅绿色溶液 X。(2)取少量 X 于试管中滴入 KSCN 溶液，无现象，再滴入氯水，溶液呈红色。(3)取少量 X 于试管中加入浓 NaOH 溶液，加热，生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(4)取出 20.00mLX 于锥形瓶中

3、，用 0.020mol/LKMnO4溶液滴定(不需用指示剂)，当到达终点时，用去 KMnO4溶液 20.00mL 。(5)再取 20.00mLX 加入足量浓 NaOH 溶液，加热，生成的气体恰好被20mL0.10mol/LH2SO4完全吸收（生成正盐） 。(6)另取 20.00mLX 向其中加入足量的 BaCl2溶液，将沉淀过滤、洗涤、烘干、称量得1.00g。（提示：酸性 KMnO4被还原成 Mn2，Mn2在稀溶液中几乎呈无色）试回答有关问题：A 中所含的阳离子是 ；所含的阴离子是 。把 A 溶于稀硫酸而不直接溶于水的主要原因是 。第(4)操作中，对滴定管的使用主要有以下几步：a.用特制洗涤液

4、洗涤；b.用自来水冲洗后，用蒸馏水洗涤；c.再用 润洗两次；d. 装入标准溶液后， ；e.调节标准液的液面在“0”或“0”刻度以下，固定在滴定架上。此实验的名称是 ；此方案设计中有一步失误（此步操作在实验中无意义） ，它是第 ， （填编号）此步实验应如何设计？答： 第 2 页。如果通过实验测得，3.920g 晶体中含有的阴离子全部形成钡盐的质量为 4.66g ，则 A 的化学式为 。解题分析：本题属于复杂化学式的确定与分析计算问题，具有很强的探究性，解题应注重过程分析。由(1)(2) (3)实验现象结合 N、Fe 化合物的性质，易判断该物质中含有NH4+、Fe2+； 由(6)可推知该物质中含有

5、 SO42；由于 Fe2+ 水解，会导致下一步滴定操作时产生误差，所以要溶于稀硫酸而不直接溶于水；第问是关于滴定操作和误差分析的，可以把中和滴定的相关知识迁移过来解决问题；第问其实考查的是本实验的实验目的，即测定 A 盐的组成；第问，第(5)步无意义。可以根据电荷守恒确定 NH4的量，n(NH4)2n(Fe2)2n(SO42)，可把 A 溶于盐酸中，再加入足量的 BaCl2溶液，称量沉淀即可；据题意：3.92g 晶体中：n(SO42)4.66g/233gmol-10.02mol5Fe2 Mn04 8H 5Fe3 Mn2 4H2O5 1 n(Fe2) 0.020mol/L0.02L100/20

6、解得， n(Fe2)0.01mol根据离子化合物中阴、阳离子电荷平衡的原理，n(NH4)2n(Fe2)2n(SO42) ，可得 n(NH4)0.02 moln(H2O)(3.92g-0.02mol96 gmol-1 -0.01mol56gmol-1-0.02mol18gmol-1)/ 18 gmol-10.06mol所以 n(NH4)n(Fe2)n(SO42)n(H2O) = 0.020.010.020.06=2126，故该结晶水合物的化学式为(NH4)2Fe(SO4)26H2O 或(NH4)2SO4FeSO46H2O启思：本题设计巧妙新颖，考查了铵盐、铁的化合物、硫酸盐、氧化还原滴定、实验设

7、计、探究与评价等多个知识点，是典型的学科内综合题。同时又把定性与定量、实验操作与实验现象的变化以及对未知溶液的分析推断结合起来，旨在考查学生对实验原理和各步操作目的的理解，并考查学生根据实验现象，做出判断，处理数据，得出正确结论的能力，从而使学生体验并习得科学实验的一般方法。答案 ：NH4、Fe2 ；SO42 抑制 Fe2的水解（以便对其进行精确测定） 标准液（KMnO4溶液） ；赶走滴定管中的下端的空气泡 测定 A 盐的组成 第(5)步无意义，可把 A 溶于盐酸中，再加入足量的 BaCl2溶液，称量沉淀质量即可 (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O第 3 页二、 考查硫酸亚铁铵主要成分的分

8、离此类习题重在考查学生灵活运用课本知识去解决实际问题的能力、实验设计能力和动手操作能力等。【例 2】某研究性学习小组拟用硫酸亚铁铵(NH4)2Fe(SO4)26H2O制取 FeSO4溶液和(NH4)2SO4溶液。实验室除硫酸亚铁铵外已备好的用品有：H2O2、蒸馏水、pH 试纸，还缺少的试剂有_。制得的 (NH4)2SO4和 FeSO4的物质的量之比不小于_。解题分析：本题属物质的分离制备问题，文字虽少但考查的知识面却比较广，要答好这道题必须对 NH4和 Fe2性质差异及各自转化条件有清楚的认识。首先取一定量硫酸亚铁铵，用蒸馏水配成溶液，加入用稀硫酸酸化的 H2O2 溶液，发生如下反应，2Fe2

9、+ + H2O2 + 2H+ = 2Fe3+2H2O，向反应后的溶液中加入稍过量的氨水，过滤得 Fe(OH)3沉淀和(NH4)2SO4溶液，将 Fe(OH)3沉淀洗涤、干燥、强热，可得 Fe2O3，用稀硫酸溶解 Fe2O3得 Fe2(SO4)3溶液，再向其中加入过量铁粉，过滤即得 FeSO4溶液。由此可知，还缺少的试剂是氨水、稀硫酸和铁粉。设硫酸亚铁铵为 1mol，根据以下几步反应：2FeSO4 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O，1mol 0.5molFe2(SO4)3 + 6NH3H2O = 2Fe(OH)3 + 3(NH4)2SO4，0.5mol 1mol

10、 1.5mol2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O，1mol 0.5mol Fe2(SO4)3 + Fe = 3FeSO4 。0.5mol 0.5mol 1.5mol很容易计算得，n(NH4)2SO4=2.5mol，n(FeSO4)=1.5mol,则 n(NH4)2SO4/ n(FeSO4)=2.5/1.5=5/3，由于以上计算都是假设物质间恰好反应的，但实际制取过程中所加入的稀硫酸、氨水都是过量的，所以制得的 (NH4)2SO4和 FeSO4的物质的量之比不小于 5:3。启思：本题题型新颖，思考容量大，能力层次高，设问中既有基本问题 ,又有创新思维的考查，

11、问题由浅入深，在考查基础知识的同时又较好地考查了学生的实验能力、思维能力第 4 页和计算能力。答案 ：氨水、稀硫酸和铁粉 5:3三、 考查硫酸亚铁铵的化学性质硫酸亚铁铵作为复盐，可以电离出 NH4、Fe2 、SO42，因而兼有铵盐、亚铁盐和硫酸盐的性质（这些性质在上面几例中都有所反映，不再赘述） 。下面一例是关于其他方面的性质。【例 3】一定条件下，(NH4)2Fe(SO4)2以下式分解：(NH4)2Fe(SO4)2 = 2Fe2O3 + 5SO2 + 3SO3 + N2 + 6NH3 + 7H2O 下列叙述正确的是_A该反应的还原产物是硫的两种氧化物B反应生成 nmolN2时，转移电子的物质

12、的量为 6nmolC由 nmol 电子转移时，生成 SO2的物质的量为 0.1molD将气体产物用足量 BaCl2溶液吸收，只得到一种沉淀物解题分析：根据化学方程式可知，Fe、N 的化合价升高，S 的化合价降低，可知 SO2是还原产物，SO3既不是氧化产物也不是还原产物，所以 A 项不正确；根据氧化还原反应规律，氧化剂还原剂得失电子数相等，当反应生成 nmolN2时，反应转移的电子 n(e-)=52n=10nmol，所以 B 不正确，当有 nmol 电子转移时，生成的 n（SO2）=5n/10=0.5nmol，所以 C 项不正确；对于 D 项，当气体产物通入 BaCl2溶液时，发生以下反应：S

13、O3 +H2O = H2SO4，BaCl2+ H2SO4 =BaSO4 + 2HCl ，NH3 + HCl = NH4Cl，则有3SO3 3H2SO43 BaCl2 6HCl6 NH3，可见 SO3、 NH3都反应完全，而 SO2未参加反应，所以沉淀只有一种 BaSO4。启思：本题以硫酸亚铁铵的分解反应为载体，考查了氧化还原反应的实质及应用，同时又恰如其分地对元素与化合物的知识进行了拓展与延伸，有效地考查了学生的分析、判断及迁移能力，从而使学生对硫酸亚铁铵的性质有了立体化的认识。答案：D四、 考查硫酸亚铁铵的制备中学化学中有许多物质制备实验，与此有关的试题在昭示人们学习自然科学的真正意义在于“

14、必须懂得自然科学知识的实用性与社会价值” ，这也与新课程的指导思想完全吻合。第 5 页【例 4】已知：硫酸亚铁铵在水中的溶解度比硫酸铵和硫酸亚铁都要小，当把硫酸铵和硫酸亚铁一起溶于水以后，溶液中的 NH4+、Fe2+和 SO42-会从溶液中结晶出硫酸亚铁铵晶体。硫酸亚铁铵晶体中的亚铁离子在空气中比其他一般的亚铁离子难氧化，因此硫酸亚铁铵是实验室常用的一种化学试剂。实验室制备方法如下。回答相关的问题。(1)实验原理：Fe + 2H+ = Fe2+ H2FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O = (NH4)2Fe(SO4)26H2O(2)仪器和用品托盘天平、药匙、烧杯、吸滤瓶、布氏漏斗、真空泵、滤纸。根据实验步骤分析，还缺少必须的仪器、用品有_。(3)步骤铁屑的洗涤：取铁屑，放入小烧杯中，加入质量分数为 10碳酸钠溶液。小火加热约 lOmin 后，倾倒去碳酸钠溶液，用自来水冲洗后，再用蒸馏水将铁屑冲洗洁净。其目的是_ _。加热的作用是_