高中化学第二单元物质的获取2.2.1硫酸亚铁铵的制备课件新人教版选修.ppt

第,1,课时硫酸亚铁铵的制备,1,.,以用废铁屑制备硫酸亚铁铵为例,初步体验无机物制备的过程。,2,.,掌握水浴加热、过滤、蒸发、洗涤等基本操作。,3,.,体验利用溶解度的差异制备物质的过程。,一,二,一、制备物质的基本流程,1,.,原料的选择,制备物质的原料既可以选用,自然界中原有的物质,也可以选择,一些废弃物,但是,不论选择什么样的原料,所选择的原料中必须含有,目标产品中的组分,或新化合物中的某个,“,子结构,”(,或可能转化为某个,“,子结构,”),。,一,二,(2),制乙酰水杨酸的原料为,、,。,2,.,反应路径的设计,原料确定后,应根据,原料性质,、,设备条件,等设计反应路径。,例如用,Cu,、浓硝酸、稀硝酸为原料制备,Cu(NO,3,),2,可有如下多种实验方案。,选择方案,3,的理由是,不产生对环境造成污染的物质,且制得相同质量的硝酸铜,硝酸的利用率高,。,一,二,3,.,实验条件的选择,实验条件不同时,所制备物质的状态、性质也可能不同。,(1),向,AlCl,3,溶液中逐滴加入,NaOH,溶液的化学方程式为,(2),向,NaOH,溶液中逐滴加入,AlCl,3,溶液的化学方程式为,一,二,二、硫酸亚铁铵的制备,1,.,硫酸亚铁铵的性质,硫酸亚铁铵,(NH,4,),2,SO,4,FeSO,4,6H,2,O,为,浅绿,色晶体,商品名称为,莫尔盐,是一种,复,盐,一般亚铁盐在空气中易被,氧气氧化,形成复盐后就比较稳定。与其他复盐一样,硫酸亚铁铵在水中的溶解度比组成它的每一种盐,FeSO,4,或,(NH,4,),2,SO,4,的溶解度都,小,。利用这一性质可以制取硫酸亚铁铵晶体,:,将含有,FeSO,4,和,(NH,4,),2,SO,4,的溶液,蒸发、浓缩,冷却,后结晶可得到硫酸亚铁铵晶体。,2,.,硫酸亚铁铵的制备,将铁屑与稀硫酸反应可制得,FeSO,4,溶液,然后加入等物质的量的,(NH,4,),2,SO,4,加热浓缩至表面出现结晶薄膜为止。放置冷却,则析出,硫酸亚铁铵,晶体。有关反应的化学方程式如下,:,一,二,【实验步骤】,该制备实验的操作过程主要分为三个步骤,即铁屑的,净化,、,硫酸亚铁,的制备和,硫酸亚铁铵,晶体的制备。,(1),称取,3 g,铁屑,放入锥形瓶中,向其中加入,15 mL 10%Na,2,CO,3,溶液,小火加热,10 min,以除去铁屑表面的,油污,将剩余的碱液倒掉,用蒸馏水把,Fe,冲洗干净,(,即倾析法,),干燥后称其质量,记为,m,1,(Fe),。,(2),将称量好的铁屑放入洁净的锥形瓶中,向其中加入,15 mL 3 molL,-1,H,2,SO,4,溶液,放在水浴中加热至,不再有气体生成为止,(,有氢气生成,用明火加热注意安全,),。趁热过滤,并用少量热水洗涤锥形瓶及滤纸,将滤液和洗涤液一起转移至蒸发皿中。将滤纸上的固体干燥后称重,记为,m,2,(Fe),反应掉的铁的质量,m,(Fe)=,m,1,(Fe)-,m,2,(Fe),进而可计算得生成,FeSO,4,的物质的量。,一,二,(3),根据,FeSO,4,的物质的量,计算等物质的量的,(NH,4,),2,SO,4,的质量,称取,(NH,4,),2,SO,4,并将其加入制得的硫酸亚铁溶液中,缓缓加热,浓缩至表面出现,结晶薄膜,为止。放置冷却,得到硫酸亚铁铵的晶体。过滤,并用少量,无水乙醇,洗去晶体表面附着的,水分,观察硫酸亚铁铵的颜色和状态。,(4),称量、保存。,一,二,一、物质制备方案的选择原则,1,.,条件合适,操作方便,;,2,.,设计合理,步骤简单,;,3,.,原料易得,价格低廉,;,4,.,产物纯净,产量较高,;,5,.,易于分离,污染物少。,一,二,二、硫酸亚铁铵的制备实验注意事项,1,.,铁屑的选择。,(1),为缩短反应时间,应设法增大铁的表面积,最好选用刨花车间加工的生铁碎铁屑,(,丝,),或选用细弹簧弯曲状废铁,;,废旧铁丝纱窗也可,但净化处理、烘干后要剪成小段。,(2),避免使用锈蚀程度过大的铁屑,因其表面,Fe,2,O,3,过多,会导致,Fe,3+,留在溶液中而影响产品的质量。,(3),市售的清洁用钢丝球不适合作为原料,因为钢丝球中金属铬、镍含量较高,最终会导致铬、镍化合物进入产品。,一,二,2,.,铁屑先要除去油污,因为不除去油污不利于下一步铁屑与硫酸的反应。根据盐类水解知识可知,升高温度,促进,Na,2,CO,3,的水解,溶液碱性增强,去油污能力增强,所以除污用热碳酸钠溶液。铁屑与碳酸钠溶液加热除油后用倾析法倒掉溶液,先用自来水再用蒸馏水将铁屑洗涤干净,可以用,pH,试纸检验洗涤液的,pH,来确定铁屑是否洗净,然后干燥称量。,3,.,与铁屑反应的硫酸浓度不宜太大或太小。浓度小,反应慢,;,浓度太大,易产生,Fe,3+,、,SO,2,使溶液出现黄色。为加快反应需加热,但最好控温在,60,以下。,一,二,4,.,反应中铁要稍过量。铁与稀硫酸反应临近结束时,可剩下一点铁屑,这是因为有,Fe,存在可以还原氧化生成的,Fe,3+,保证,Fe,2+,稳定、纯净地存在,减少产物中的,Fe,3+,杂质。硫酸亚铁的制备要振荡,及时使铁屑回落进入酸液反应。注意分次补充少量水,可防止,FeSO,4,析出,也可控制硫酸浓度不过大。,5,.,硫酸亚铁的制备反应基本结束后,为防止水解,加,1 mL H,2,SO,4,溶液,;,为防止因冷却使,FeSO,4,晶体析出而造成损失,采用趁热过滤,因为,FeSO,4,在低温时溶解度较小,如果不趁热过滤就会有,FeSO,4,7H,2,O,析出。过滤完后用少量的热水洗涤,23,次,但所用热水不可过多,否则后面浓缩结晶溶液时所用时间较长。,一,二,6,.,注意计算,(NH,4,),2,SO,4,的用量,基本保持,(NH,4,),2,SO,4,和,FeSO,4,的物质的量之比是,1,1,溶解之前按溶解度计算蒸馏水的用量并煮沸。,7,.,蒸发浓缩初期要搅拌,发现结晶薄膜出现后停止搅拌,冷却后可结晶得到颗粒较大或块状的晶体,便于分离、产率高、质量好。,8,.,最后得到的,(NH,4,),2,SO,4,FeSO,4,6H,2,O,晶体,用无水乙醇洗涤,23,次,洗去晶体表面附着的水分。洗涤莫尔盐用无水乙醇,不能用水。莫尔盐不溶于乙醇,但易溶于水,用无水乙醇可以除去水,易于干燥。,知识点,1,知识点,2,知识点,1,物质制备原理的设计,【例题,1,】,在实验室进行物质制备实验,下列从原料及试剂分别制取相应的最终产物的设计中,理论上正确、操作上可行、经济上合理的是,(,),知识点,1,知识点,2,解析,:,A,项,让碳在空气中燃烧生成产物,CO,可行性差,经济上也不合理,步骤,CO CO,2,多余,且要生成,Na,2,CO,3,NaOH,需过量,因此,CO,2,的量不好控制,;B,项,虽然原理上可行,但硝酸银的价格太高,经济上不合理,;C,项,Fe,在氧气中燃烧生成,Fe,3,O,4,原理上不正确,;D,项符合要求。,答案,:,D,点拨,本题是对物质制备优化路径选择的考查。物质的制备过程要考虑反应的科学性,(,能进行,),、可行性,(,可控,),、经济性,(,转化率高,),、安全,(,无污染,),等。,知识点,1,知识点,2,知识点,2,硫酸亚铁铵的制备,【例题,2,】,根据硫酸亚铁铵的制备实验,回答下列问题,:,(1),加入,(NH,4,),2,SO,4,的质量为,用含,m,1,(Fe),、,m,2,(Fe),的代数式表示,。,(2),制得的晶体过滤后用无水乙醇洗涤而不用蒸馏水,根据是,。,(3),浓缩时能否蒸发至干,为什么,?,。,(4),制取,FeSO,4,时,加入的,Fe,为什么要过量,?,。,知识点,1,知识点,2,解析,:,(1),根据反应掉的铁的质量,m,(Fe)=,m,1,(Fe)-,m,2,(Fe),。进而可计算生成,FeSO,4,的物质的量。确定,(NH,4,),2,SO,4,质量的方法,:FeFeSO,4,(NH,4,),2,SO,4,m,(NH,4,),2,SO,4,(2),洗涤莫尔盐用无水乙醇,不能用水。莫尔盐不溶于乙醇,但易溶于水,用无水乙醇可以除去水,易于干燥。,(3),浓缩结晶莫尔盐时要用小火加热,加热浓缩初期可轻微搅拌,但注意观察晶膜,若有晶膜出现,则停止加热,防止莫尔盐失水。更不能蒸发至干,蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中,晶体可能会受热分解或被氧化。,(4),剩下一点铁屑,可以还原氧化生成的,Fe,3+,保证,Fe,2+,稳定、纯净地存在,减少产物中的,Fe,3+,杂质。,知识点,1,知识点,2,答案,:,(2),减少晶体在洗涤时的溶解,(3),不能。因为,蒸干时溶液中的杂质离子会被带入晶体中,;,蒸干时晶体会受热分解或被氧化,(4),防止,Fe,2+,被氧化成,Fe,3+,点拨,实验要使硫酸亚铁和硫酸铵之间的物质的量相等,关键之一是铁屑的称量要准确,因此两次称量铁屑的质量时要充分干燥,保证,m,1,(Fe),和,m,2,(Fe),准确,;,另外在过滤,FeSO,4,溶液时要趁热过滤,否则,FeSO,4,在过滤时会析出,使得到的硫酸亚铁减少。而硫酸铵的质量是根据,m,1,(Fe)-,m,2,(Fe),计算得出的,如果,FeSO,4,损失会使,(NH,4,),2,SO,4,的物质的量偏大。,1 2 3 4,1,工业上用硫酸和废铁屑制备硫酸亚铁时,为了提高产品的质量,常采取的措施是,(,),A.,硫酸过量,B.,铁屑过量,C.,硫酸和铁的物质的量之比为,1,1,D.,需要用浓硫酸,解析,:,铁屑过量可以还原氧化生成的,Fe,3+,Fe+2Fe,3+,3Fe,2+,保证,Fe,2+,稳定、纯净地存在,减少产物中的,Fe,3+,杂质。,答案,:,B,1 2 3 4,2,实验室配制和保存硫酸亚铁溶液,应采取的正确措施为,(,),把蒸馏水煮沸,以赶走水中溶解的,O,2,溶解时加入少量稀硝酸,加入少量还原铁粉,并充分振荡,加入少量稀硫酸,并装入棕色试剂瓶中,A.,B.,C.,D.,解析,:,FeSO,4,的配制和保存主要是抑制,Fe,2+,的水解和防止,Fe,2+,被氧化。,答案,:,D,1 2 3 4,3,某氯碱厂利用废铁皮制取净水剂,FeCl,3,溶液,最合理的生产途径是,(,),解析,:,A,项中的高温条件需要消耗大量能量,生成的,FeCl,3,固体可能混有,Fe,加水后,Fe,与部分,FeCl,3,反应会生成,FeCl,2,A,项错误,;C,项中,H,2,与,Cl,2,光照易发生爆炸,C,项错误,;D,项中除,H,2,与,Cl,2,光照会发生爆炸外,铁高温燃烧会生成,Fe,3,O,4,D,项错误。,答案,:,B,1 2 3 4,4,某同学从,CuSO,4,溶液开始制,Cu(NO,3,),2,晶体,设计了如下线路,:,说明该方案的错误之处及其原因,。,试设计一个合理的方案,:,。,解析,:,实验设计及评价的要求是,:,原理正确,;,方法简单,;,操作方便,;,现象明显,;,产率高,;,误差小,;,安全等。本题涉及的知识有,:,化学反应关系、环境污染、,Cu,2+,水解与晶体的获得等。题中用,CuSO,4,与,Fe,反应制金属,Cu,由于,Fe,与,Cu,均属固体,故反应后,Cu,中易混有铁杂质而使制出的,Cu(NO,3,),2,溶液中混有,Fe,3+,且,Cu,与,HNO,3,反应时会产生污染空气的氮氧化物,;,制得的,Cu(NO,3,),2,溶液在浓缩过程中会因,Cu,2+,的,水解,:C,u,2+,+2H,2,O Cu(OH),2,+2H,+,而得不到纯净的,Cu(NO,3,),2,6H,2,O,。,1 2 3 4,由于,CuSO,4,溶液不能与,HNO,3,反应直接制得,Cu(NO,3,),2,溶液,把,CuSO,4,转化为,Cu,单质与,HNO,3,反应的做法又不可行,那么,我们能否把,CuSO,4,转化为一种能与,HNO,3,反应的化合物,考虑,HNO,3,的性质,我们可把,CuSO,4,转化为碱或盐,此时可想到,Cu(OH),2,或,CuCO,3,选择常见试剂,NaOH,或,Na,2,CO,3,即可达到目的。得到的,Cu(NO,3,),2,溶液不能用加热的方法得到晶体,那么我们可考虑降温的办法,联想到固体物质的溶解度多是随温度升高而增大,故采用降温结晶的办法应是可行的。,1 2 3 4,答案,:,用,Fe,置换,Cu,易在,Cu,中混入,Fe,从而使,Cu(NO,3,),2,溶液中混入,Fe,3+,;,用,HNO,3,与,Cu,反应,易产生污染空气的氮氧化物,;,浓缩时,Cu,2+,会因水解而得不到纯净的,Cu(NO,3,),2,6H,2,O,