课时38 实验方案的设计1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。

请结合下图的绿矾溶解度曲线，补充完整由硫铁矿烧渣制备FeSO4·7H2O晶体的实验步骤[已知：Al3+完全形成Al(OH)3沉淀的pH约为5。

可选用的试剂：铁粉、稀硫酸和NaOH 溶液]：向一定量烧渣中加入足量的稀硫酸充分反应，，得到FeSO4溶液，，得到FeSO4·7H2O 晶体。

【答案】过滤，向滤液中加入足量的铁粉，充分搅拌后，滴加NaOH溶液调节反应液的pH约为5，过滤(或过滤，向滤液中滴加过量的NaOH溶液，过滤，充分洗涤固体，向固体中加入足量稀硫酸至固体完全溶解，再加入足量的铁粉，充分搅拌后，过滤)(滴加稀硫酸酸化)，加热浓缩得到60 ℃饱和溶液，冷却至0 ℃结晶，过滤，少量冰水洗涤，低温干燥【解析】硫铁矿烧渣中加入稀硫酸，SiO2不溶，先过滤除去；含有的Fe2O3和Al2O3被溶解成Fe3+和Al3+，加入铁粉，将Fe3+还原为Fe2+；然后调节pH为5，除去Al3+，此时溶液仅为FeSO4；从溶解度曲线知，在60 ℃时FeSO4的溶解度最大，故将温度控制在60 ℃时，可获得含量最多的FeSO4，降低温度到0 ℃，可析出FeSO4·7H2O晶体。

2高纯MnCO3是制备高性能磁性材料的主要原料。

已知：MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 ℃开始分解；Mn(OH)2开始沉淀时pH=7.7。

请补充由MnSO4溶液制备高纯MnCO3的操作步骤[实验中可选用的试剂：Ca(OH)2、NaHCO3、Na2CO3、C2H5OH]。

①；②；③；④；⑤低于100 ℃干燥。

【答案】①往MnSO4溶液中边搅拌边加入NaHCO3(或Na2CO3)，并控制溶液pH<7.7②过滤，用少量水洗涤2~3次③检验S2-4O是否被洗净④用少量C2H5OH洗涤3高氯酸铵(NH4ClO4)是复合火箭推进剂的重要成分，实验室可通过下列反应制取：NaClO4(aq)+NH4Cl(aq)NH4ClO4(aq)+NaCl(aq)(1) 若NH4Cl用氨气和浓盐酸代替，上述反应不需要外界供热就能进行，其原因是。

(2) 反应得到的混合溶液中NH4ClO4和NaCl的质量分数分别为0.30和0.15(相关物质的溶解度曲线见图1)。

从混合溶液中获得较多NH4ClO4晶体的实验操作依次为(填操作名称)、干燥。

图1 图2(3) 样品中NH4ClO4的含量可用蒸馏法进行测定，蒸馏装置如图2所示(加热和仪器固定装置已略去)，实验步骤如下：步骤1：按图2组装仪器，检查装置的气密性。

步骤2：准确称取样品a g(约0.5 g)于蒸馏烧瓶中，加入约150 mL水溶解。

步骤3：准确量取40.00 mL约0.1 mol·L-1硫酸于锥形瓶中。

步骤4：经分液漏斗向蒸馏烧瓶中加入20 mL 3 mol·L-1 NaOH溶液。

步骤5：加热蒸馏至蒸馏烧瓶中剩余约100 mL溶液。

步骤6：用新煮沸过的水冲洗冷凝装置2~3次，洗涤液并入锥形瓶中。

步骤7：向锥形瓶中加入酸碱指示剂，用c mol·L-1NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH 标准溶液V1 mL。

步骤8：将实验步骤1~7重复2次。

①步骤3中，准确量取40.00 mL硫酸溶液的玻璃仪器是。

②步骤1~7中，确保生成的氨被稀硫酸完全吸收的实验步骤是(填步骤序号)。

③为获得样品中NH4ClO4的含量，还需补充的实验是。

【答案】(1) 氨气与浓盐酸反应放出热量(2) 蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、冰水洗涤(3) ①酸式滴定管②1、5、6③用NaOH标准溶液标定硫酸的浓度(或不加高氯酸铵样品，保持其他条件相同，进行蒸馏和滴定实验)【解析】 (2) 根据NH 4ClO 4的溶解度曲线，须冷却结晶、低温过滤和洗涤。

(3) 准确量取精确度达0.01 mL 的仪器有滴定管和移液管；检查气密性防氨气外泄，加热烧瓶中溶液促进氨气逸出，洗涤冷凝管防止氨气损失。

4 FeCO 3与砂糖混用可作补血剂，也能被用来制备Fe 2O 3。

(1) 实验室制备FeCO 3的流程如下：①写出生成沉淀的化学方程式： 。

②检验滤液中含有N 4H 的方法是 。

(2) 甲同学为了验证FeCO 3高温下煅烧是否得到Fe 2O 3，做了如下实验：实验步骤实验操作Ⅰ取一定质量的FeCO 3固体置于坩埚中，高温煅烧至质量不再减轻，冷却至室温 Ⅱ取少量实验步骤Ⅰ所得固体置于一洁净的试管中，用足量的稀硫酸溶解 Ⅲ向实验步骤Ⅱ所得溶液中滴加KSCN 溶液，溶液变红根据上述现象得到化学方程式：4FeCO 3+O 22Fe 2O 3+4CO 2。

①实验步骤Ⅲ中溶液变红的离子方程式为 。

②乙同学提出了不同的看法：煅烧产物可能是Fe 3O 4，因为Fe 3O 4也可以溶于硫酸，且所得溶液中也含有Fe 3+。

于是乙同学对实验步骤Ⅲ进行了补充：另取少量实验步骤 Ⅱ 所得溶液，然后 (填字母)，用来检验溶液中是否含有Fe 2+。

A. 滴加氯水B. 滴加KSCN 溶液C. 先滴加KSCN 溶液后滴加氯水D. 滴加酸性KMnO 4溶液(3) 丙同学认为即使得到乙同学预期的实验现象，也不能确定煅烧产物即为Fe 3O 4。

①丙同学持此看法的理由是 。

②丙同学查阅资料得知煅烧FeCO 3的产物中含有+2价铁元素，于是他设计了由FeCO 3制备Fe2O3的方案。

先向FeCO3粉末中依次加入试剂：稀硫酸、和；然后再(填操作名称)、洗涤、灼烧即可得到Fe2O3。

【答案】(1) ①FeSO4+2NH4HCO3FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O②取少量滤液于试管中，加入足量NaOH溶液，加热，若产生气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则滤液中含有N4H(2) ①Fe3++3SCN-Fe(SCN)3②D(3) ①产物也可能是FeO和Fe2O3的混合物②氯水(或H2O2)氨水过滤【解析】(2) ②可利用Fe2+的还原性，用酸性KMnO4溶液来检验Fe2+的存在。

(3) ②FeCO3用硫酸溶解后生成FeSO4，再用氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+，向Fe3+中加入碱后生成Fe(OH)3，过滤后煅烧就得到Fe2O3，故氧化剂可选择氯水、H2O2、O3等，碱最好选择廉价的氨水。

5. NaClO2用于棉、麻、粘胶纤维及织物的漂白。

实验室制备NaClO2的装置如下图所示。

(1) 烧瓶中反应生成NaClO2的化学方程式为。

ClO2(沸点为11 ℃)是由酸性NaClO3溶液与SO2反应制得，则烧瓶溶液中阴离子除了Cl-、Cl-2O、OH-外还可能含有的一种阴离子是，检验该离子的方法是。

(2) 已知在NaClO2饱和溶液中温度低于38 ℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O，温度高于38 ℃时析出的晶体是NaClO2，温度高于60 ℃时NaClO2分解生成NaClO3和NaCl。

请补充从烧瓶反应后的溶液中获得NaClO2晶体的操作步骤。

①减压，55 ℃蒸发结晶；②；③；④，得到成品。

(3) 烧杯中试剂X为。

【答案】(1) 2NaOH+2ClO2+H2O22NaClO2+2H2O+O2S2-4O取少量反应后的溶液，先加足量的盐酸，再加BaCl2溶液，若产生白色沉淀，则说明含有S2-4 O(2) ②趁热过滤③用38~60 ℃热水洗涤④低于60 ℃干燥(3) NaOH溶液(或其他合理答案) 【解析】首先弄清每个装置发生的主反应和副反应及气体的流向等。

烧瓶中主反应：2NaOH+2ClO2+H2O22NaClO2+2H2O+O2，副反应：H2O2+SO2H2SO4，故烧瓶中含杂质离子为S2-4O；从烧瓶进入烧杯的气体有SO2等，故X应选择能吸收SO2的适当试剂，如NaOH溶液等。

6. 某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。

Ⅰ.制取NaClO2晶体。

已知：NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O，高于38 ℃时析出的晶体是NaClO2，高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

现利用下图所示装置进行实验：(1) 装置③的作用是。

(2) 装置②中产生ClO2的化学方程式为。

Ⅱ.测定某亚氯酸钠样品的纯度。

设计如下实验方案，并进行实验：①准确称取所得亚氯酸钠样品m g于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(已知：Cl-2O+4I-+4H+2H2O+2I2+Cl-)，将所得混合液配成250 mL待测溶液。

②移取25.00 mL待测液于锥形瓶中，加几滴淀粉溶液，用c mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点。

重复2次，测得平均值为V mL(已知：I2+2S22-3O2I-+S42-6O)。

(3) 达到滴定终点时的现象为。

(4) 该样品中NaClO2的质量分数为(用含m、c、V的代数式表示)。

(5) 在滴定操作正确无误的情况下，此实验测得结果偏高，原因用离子方程式表示为。

【答案】(1) 防止倒吸(2) 2NaClO3+Na2SO3+H2SO42ClO2↑+2Na2SO4+H2O(3) 溶液由蓝色变为无色且半分钟内不变色(4) 90.54cVm%(5) 4I-+O2+4H+2I2+2H2O【解析】(4) Cl-2O~4S22-3O，250 mL待测溶液中n(亚氯酸钠)=10×14×c×V×10-3mol，m(亚氯酸钠)=10×14×c×V×10-3 mol×90.5 g·mol-1，样品中NaClO2的质量分数为90.54cVm%。

7. 以工业硫酸亚铁(含有TiO2+、Fe3+、Al3+等杂质)制备草酸亚铁的流程如下：已知：①草酸亚铁在碱性或中性环境中容易分解或被氧化。

②除杂试剂X能将Fe3+还原，并促使杂质离子以H2TiO3、Al(OH)3等沉淀形式除去。

(1) X的化学式为，除杂过程中的主要离子方程式为、(写出两个)。

(2) 除杂反应温度需保持在95 ℃左右，其目的是。

(3) 转化反应时，需用硫酸调节pH在2.0左右，其原因是。

(4) 实验室测定草酸亚铁组成的步骤依次如下：步骤1：准确称量草酸亚铁样品0.12 g，加入25 mL 2 mol·L-1硫酸溶解。

步骤2：用标准KMnO4溶液滴定，记录消耗体积V1。

步骤3：向滴定后的溶液中加入2 g锌粉和5 mL 2 mol·L-1硫酸，煮沸约10 min。

步骤4：。