Question

13．檸檬酸亞鐵（FeC₆H₆O₇）是一種易吸收的高效鐵制劑，可由綠礬（FeSO₄•7H₂O）通過下列反應制備：
FeSO₄+Na₂CO₃═FeCO₃↓+Na₂SO₄，F(xiàn)eCO₃+C₆H₈O₇═FeC₆H₆O₇+CO₂↑+H₂O
下表列出了相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH（開始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計算）．

金屬離子	開始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8

（1）制備FeCO₃時，選用的加料方式是c（填字母）．
a．將FeSO₄溶液與Na₂CO₃溶液同時加入到反應容器中
b．將FeSO₄溶液緩慢加入到盛有Na₂CO₃溶液的反應容器中
c．將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應容器中
（2）生成的FeCO₃沉淀需經充分洗滌，檢驗洗滌是否完全的方法取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產生，則表明已洗滌干凈．
（3）將制得的FeCO₃加入到足量檸檬酸溶液中，再加入少量鐵粉，80℃下攪拌反應．
①鐵粉的作用是防止+2價的鐵元素被氧化．
②反應結束后，無需過濾，除去過量鐵粉的方法是加入適量檸檬酸讓鐵粉反應完全．
（4）最后溶液經濃縮、加入適量無水乙醇、靜置、過濾、洗滌、干燥，獲得檸檬酸亞鐵晶體．分離過程中加入無水乙醇的目的是降低檸檬酸亞鐵在水中的溶解量，有利于晶體析出．
（5）某研究性學習小組欲從硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出發(fā)，先制備綠礬，再合成檸檬酸亞鐵．結合圖中的綠礬溶解度曲線，完成由燒渣制備綠礬晶體的操作．

試劑i鐵粉，加入試劑i反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．操作a為加熱到60℃濃縮、冷卻結晶、過濾．

Answer 1

分析 （1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反應制備FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液堿性很強，可能會生成Fe（OH）₂沉淀，為避免生成Fe（OH）₂沉淀，如果將Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，F(xiàn)e²⁺是過量的，并且FeSO₄溶液為酸性，F(xiàn)e²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易與Fe²⁺結合為沉淀析出，因此應將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應容器中；
（2）判斷沉淀是否洗凈的方法：取最后一次洗滌的濾液，檢測濾液中是否存在未洗滌干凈的雜質．首先要弄清沉淀上的雜質是什么，然后再去檢測里面的離子．本題中FeCO₃的制備是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反應，因而沉淀表面可能會有Na₂SO₄雜質，因而應該檢驗最后一次洗滌濾液中是否含有SO₄^2-，即該題便轉化成SO₄^2-的檢驗；
（3）因+2的Fe元素易被空氣中的氧氣氧化，制備檸檬酸亞鐵過程中應盡量避免與氧氣接觸．加入鐵粉的目的就是與檸檬酸反應產生H₂，形成一個無氧的環(huán)境．除去過量的鐵粉可直接加入適量的檸檬酸，反應也生成了需要的產品檸檬酸亞鐵，不會引入雜質．
（4）最后的溶液經濃縮形成檸檬酸亞鐵的飽和溶液，要得到盡可能多的檸檬酸亞鐵晶體，可加入無水乙醇，可以降低檸檬酸亞鐵的溶解度，從而獲得更多的產品．
（5）由硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制備FeSO₄•7H₂O晶體，向燒渣中加入足量的稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃均會與硫酸反應，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反應，先過濾把SiO₂除去，然后向濾液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉化成Fe²⁺，根據金屬離子沉淀的pH值，然后通過滴加NaOH溶液調節(jié)pH至5.0把Al³⁺除去，過濾，即得到FeSO₄溶液，再根據綠礬溶解度曲線，60℃時綠礬的溶解度最大，可加熱濃縮到60℃的飽和溶液，然后放在冰水中冷卻，冷卻結晶至0℃，此時析出的晶體是最多的，之后過濾，洗滌，低溫烘干．

解答 解：（1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反應制備FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液堿性很強，可能會生成Fe（OH）₂沉淀，如果將Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，F(xiàn)e²⁺是過量的，并且FeSO₄溶液為酸性，F(xiàn)e²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易與Fe²⁺結合為沉淀析出，因此為避免生成Fe（OH）₂沉淀，應將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有FeSO₄溶液的反應容器中，故選c；
（2）判斷沉淀是否洗凈的方法：取最后一次洗滌的濾液，檢測濾液中是否存在未洗滌干凈的雜質．首先要弄清沉淀上的雜質是什么，然后再去檢測里面的離子．本題中FeCO₃的制備是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反應，因而沉淀表面可能會有Na₂SO₄雜質，因而應該檢驗最后一次洗滌濾液中是否含有SO₄^2-，即該題便轉化成SO₄^2-的檢驗．具體操作為：取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產生，則表明已洗滌干凈；
故答案為：取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產生，則表明已洗滌干凈；
（3）①因+2的Fe元素易被空氣中的氧氣氧化，制備檸檬酸亞鐵過程中應盡量避免與氧氣接觸．加入鐵粉的目的就是與檸檬酸反應產生H₂，形成一個無氧的環(huán)境，
故答案為：防止+2價的鐵元素被氧化；
②除去過量的鐵粉可直接加入適量的檸檬酸，反應也生成了需要的產品檸檬酸亞鐵，不會引入雜質；
故答案為：加入適量檸檬酸讓鐵粉反應完全；
（4）最后的溶液經濃縮形成檸檬酸亞鐵的飽和溶液，要得到盡可能多的檸檬酸亞鐵晶體，可加入無水乙醇，可以降低檸檬酸亞鐵的溶解度，從而獲得更多的產品；
故答案為：降低檸檬酸亞鐵在水中的溶解量，有利于晶體析出；
（5）由硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制備FeSO₄•7H₂O晶體，要弄清楚流程中每一步的原理和注意事項．向燒渣中加入足量的稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、Al₂O₃均會與硫酸反應，分別生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反應，先過濾把SiO₂除去，然后向濾液中加入足量的鐵粉，將Fe³⁺轉化成Fe²⁺，所以試劑i為鐵粉，反應的離子方程式為2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，根據金屬離子沉淀的pH值，然后通過滴加NaOH溶液調節(jié)pH至5.0把Al³⁺除去，過濾，即得到FeSO₄溶液，再根據綠礬溶解度曲線，60℃時綠礬的溶解度最大，可加熱濃縮到60℃的飽和溶液，然后放在冰水中冷卻，冷卻結晶至0℃，此時析出的晶體是最多的，之后過濾，洗滌，低溫烘干，所以操作a為加熱到60℃濃縮、冷卻結晶、過濾，
故答案為：鐵粉；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺； 加熱到60℃濃縮、冷卻結晶、過濾．

點評 本題考查了學生在新情境下物質的制備實驗中基本的實驗技能和對教材相關實驗的理解的遷移能力，中檔題難度偏大，掌握物質性質和實驗技能是解題關鍵．