Question

实验室以工业废铁为原料制取绿矾(FeSO₄·7H₂O)，并用绿矾为原料制备Fe(OH)SO₄溶液和NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O晶体，其实验流程如下：

已知：FeSO₄·7H₂O和NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O随温度变化的溶解度曲线如下图。

(1)废铁溶解前需要用热的饱和Na₂CO₃溶液浸泡，目的是________。

(2)溶解时控制溶液温度为70～80 ℃，目的是__________________，溶解时铁需过量的原因是________________。

(3)氧化时将绿矾分批次加入到浓硝酸中，搅拌，反应1 h，有红棕色气体生成，同时得到Fe(OH)SO₄，发生的化学方程式为________________。氧化结束后不能采用加热煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸，理由是________________(任写一条)。

(4)设计以绿矾和硫酸铵为原料，制取纯净NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O的实验方案：________________(已知pH＝1时出现Fe(OH)₃沉淀。实验中可以选用的试剂：1.0 mol·L^－1稀硫酸、2.0 mol·L^－1稀盐酸、5%H₂O₂溶液)。

Answer

除去铁表面的油污 增大硫酸亚铁溶解度 防止生成Fe3＋ FeSO4＋HNO3(浓)=Fe(OH)SO4＋NO2↑ Fe3＋水解生成Fe(OH)3或HNO3分解生成NO2，污染环境 取一定量绿矾加水溶解，滴加1.0 mol·L－1的硫酸，使pH<1，加入足量的5% H2O2溶液，再加入物质的量为绿矾一半的硫酸铵晶体，搅拌充分反应，蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用冷水洗涤、干燥

【解析】

（1）饱和Na2CO3溶液显弱碱性，可除去油污；

（2）根据温度与溶解度曲线可知温度为70～80 ℃时，FeSO4的溶解度最大；铁能还原Fe3+；

（3）FeSO4与浓硝酸反应，生成Fe(OH)SO4和NO2，据此书写方程式；Fe3＋易水解，加热后会生成Fe2O3，且硝酸受热分解会生成NO2，会污染环境；

（4）酸性条件下，向绿矾水溶液中加入H2O2，再加入物质的量为绿矾一半的硫酸铵晶体，充分反应后蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，洗涤、干燥后可得纯净NH4Fe(SO4)2·12H2O。

（1）饱和Na2CO3溶液显弱碱性，废铁表面有油污，用热的饱和Na2CO3溶液浸泡可除去表面的油污；

（2）根据温度与溶解度曲线可知温度为70～80 ℃时，FeSO4的溶解度最大，因此溶解时控制溶液温度为70～80 ℃，可以增大硫酸亚铁溶解度；铁能将Fe3+还原为Fe2+，因此溶解时铁过量，可防止生成Fe3＋；

（3）FeSO4与浓硝酸反应，生成Fe(OH)SO4和NO2，反应方程式为：FeSO4＋HNO3(浓)=Fe(OH)SO4＋NO2↑；Fe3＋易水解，加热后会生成Fe2O3，且硝酸受热分解会生成NO2，会污染环境，因此氧化结束后不能采用加热煮沸的方法除去溶液中剩余的硝酸；

（4）酸性条件下，向绿矾水溶液中加入H2O2，再加入物质的量为绿矾一半的硫酸铵晶体，充分反应后蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，洗涤、干燥后可得纯净NH4Fe(SO4)2·12H2O，具体的方案为：取一定量绿矾加水溶解，滴加1.0 mol·L－1的硫酸，使pH<1，加入足量的5% H2O2溶液，再加入物质的量为绿矾一半的硫酸铵晶体，搅拌充分反应，蒸发浓缩、冷却结晶，过滤，用冷水洗涤、干燥。