Question

13．柠檬酸亚铁（FeC₆H₆O₇）是一种易吸收的高效铁制剂，可由绿矾（FeSO₄•7H₂O）通过下列反应制备：
FeSO₄+Na₂CO₃═FeCO₃↓+Na₂SO₄，FeCO₃+C₆H₈O₇═FeC₆H₆O₇+CO₂↑+H₂O
下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L^-1计算）．

金属离子	开始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8

（1）制备FeCO₃时，选用的加料方式是c（填字母）．
a．将FeSO₄溶液与Na₂CO₃溶液同时加入到反应容器中
b．将FeSO₄溶液缓慢加入到盛有Na₂CO₃溶液的反应容器中
c．将Na₂CO₃溶液缓慢加入到盛有FeSO₄溶液的反应容器中
（2）生成的FeCO₃沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净．
（3）将制得的FeCO₃加入到足量柠檬酸溶液中，再加入少量铁粉，80℃下搅拌反应．
①铁粉的作用是防止+2价的铁元素被氧化．
②反应结束后，无需过滤，除去过量铁粉的方法是加入适量柠檬酸让铁粉反应完全．
（4）最后溶液经浓缩、加入适量无水乙醇、静置、过滤、洗涤、干燥，获得柠檬酸亚铁晶体．分离过程中加入无水乙醇的目的是降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出．
（5）某研究性学习小组欲从硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃）出发，先制备绿矾，再合成柠檬酸亚铁．结合图中的绿矾溶解度曲线，完成由烧渣制备绿矾晶体的操作．

试剂i铁粉，加入试剂i反应的离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．操作a为加热到60℃浓缩、冷却结晶、过滤．

Answer 1

分析 （1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反应制备FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液碱性很强，可能会生成Fe（OH）₂沉淀，为避免生成Fe（OH）₂沉淀，如果将Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，Fe²⁺是过量的，并且FeSO₄溶液为酸性，Fe²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易与Fe²⁺结合为沉淀析出，因此应将Na₂CO₃溶液缓慢加入到盛有FeSO₄溶液的反应容器中；
（2）判断沉淀是否洗净的方法：取最后一次洗涤的滤液，检测滤液中是否存在未洗涤干净的杂质．首先要弄清沉淀上的杂质是什么，然后再去检测里面的离子．本题中FeCO₃的制备是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反应，因而沉淀表面可能会有Na₂SO₄杂质，因而应该检验最后一次洗涤滤液中是否含有SO₄^2-，即该题便转化成SO₄^2-的检验；
（3）因+2的Fe元素易被空气中的氧气氧化，制备柠檬酸亚铁过程中应尽量避免与氧气接触．加入铁粉的目的就是与柠檬酸反应产生H₂，形成一个无氧的环境．除去过量的铁粉可直接加入适量的柠檬酸，反应也生成了需要的产品柠檬酸亚铁，不会引入杂质．
（4）最后的溶液经浓缩形成柠檬酸亚铁的饱和溶液，要得到尽可能多的柠檬酸亚铁晶体，可加入无水乙醇，可以降低柠檬酸亚铁的溶解度，从而获得更多的产品．
（5）由硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制备FeSO₄•7H₂O晶体，向烧渣中加入足量的稀硫酸，Fe₂O₃、Al₂O₃均会与硫酸反应，分别生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反应，先过滤把SiO₂除去，然后向滤液中加入足量的铁粉，将Fe³⁺转化成Fe²⁺，根据金属离子沉淀的pH值，然后通过滴加NaOH溶液调节pH至5.0把Al³⁺除去，过滤，即得到FeSO₄溶液，再根据绿矾溶解度曲线，60℃时绿矾的溶解度最大，可加热浓缩到60℃的饱和溶液，然后放在冰水中冷却，冷却结晶至0℃，此时析出的晶体是最多的，之后过滤，洗涤，低温烘干．

解答 解：（1）利用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液反应制备FeCO₃，由于Na₂CO₃溶液碱性很强，可能会生成Fe（OH）₂沉淀，如果将Na₂CO₃加入FeSO₄溶液中，Fe²⁺是过量的，并且FeSO₄溶液为酸性，Fe²⁺不易沉淀．因此，CO₃^2-容易与Fe²⁺结合为沉淀析出，因此为避免生成Fe（OH）₂沉淀，应将Na₂CO₃溶液缓慢加入到盛有FeSO₄溶液的反应容器中，故选c；
（2）判断沉淀是否洗净的方法：取最后一次洗涤的滤液，检测滤液中是否存在未洗涤干净的杂质．首先要弄清沉淀上的杂质是什么，然后再去检测里面的离子．本题中FeCO₃的制备是用Na₂CO₃溶液和FeSO₄溶液的反应，因而沉淀表面可能会有Na₂SO₄杂质，因而应该检验最后一次洗涤滤液中是否含有SO₄^2-，即该题便转化成SO₄^2-的检验．具体操作为：取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净；
故答案为：取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净；
（3）①因+2的Fe元素易被空气中的氧气氧化，制备柠檬酸亚铁过程中应尽量避免与氧气接触．加入铁粉的目的就是与柠檬酸反应产生H₂，形成一个无氧的环境，
故答案为：防止+2价的铁元素被氧化；
②除去过量的铁粉可直接加入适量的柠檬酸，反应也生成了需要的产品柠檬酸亚铁，不会引入杂质；
故答案为：加入适量柠檬酸让铁粉反应完全；
（4）最后的溶液经浓缩形成柠檬酸亚铁的饱和溶液，要得到尽可能多的柠檬酸亚铁晶体，可加入无水乙醇，可以降低柠檬酸亚铁的溶解度，从而获得更多的产品；
故答案为：降低柠檬酸亚铁在水中的溶解量，有利于晶体析出；
（5）由硫铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃ ）制备FeSO₄•7H₂O晶体，要弄清楚流程中每一步的原理和注意事项．向烧渣中加入足量的稀硫酸，Fe₂O₃、Al₂O₃均会与硫酸反应，分别生成Fe₂（SO₄）₂和Al₂（SO₄）₂，SiO₂不反应，先过滤把SiO₂除去，然后向滤液中加入足量的铁粉，将Fe³⁺转化成Fe²⁺，所以试剂i为铁粉，反应的离子方程式为2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，根据金属离子沉淀的pH值，然后通过滴加NaOH溶液调节pH至5.0把Al³⁺除去，过滤，即得到FeSO₄溶液，再根据绿矾溶解度曲线，60℃时绿矾的溶解度最大，可加热浓缩到60℃的饱和溶液，然后放在冰水中冷却，冷却结晶至0℃，此时析出的晶体是最多的，之后过滤，洗涤，低温烘干，所以操作a为加热到60℃浓缩、冷却结晶、过滤，
故答案为：铁粉；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺； 加热到60℃浓缩、冷却结晶、过滤．

点评 本题考查了学生在新情境下物质的制备实验中基本的实验技能和对教材相关实验的理解的迁移能力，中档题难度偏大，掌握物质性质和实验技能是解题关键．