Question

工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]的工藝流程如下：

已知：部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
開(kāi)始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列問(wèn)題：
（1）加入過(guò)量廢鐵屑的目的是

 

．
（2）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，使溶液中的

 

（選填“Fe³⁺”、“Fe²⁺”或“Al³⁺”）沉淀．該工藝流程中“攪拌”的作用是

 

．
（3）反應(yīng)Ⅱ的離子方程式為

 

．在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，O₂與NaNO₂在反應(yīng)中均作

 

．若參與反應(yīng)的O₂有11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的物質(zhì)的量為

 

．
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的Fe（OH）²⁺離子，可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合離子．該水解反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（5）在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵．根據(jù)我國(guó)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．為檢驗(yàn)所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，應(yīng)使用的試劑為

 

．
A．氯水　　B．KSCN溶液　　C．NaOH溶液　　D．酸性KMnO₄溶液
（6）將11.9g Mg、Al、Fe組成的合金溶于足量的NaOH溶液中，合金質(zhì)量減少了2.7g．另取等質(zhì)量的合金溶于過(guò)量稀硝酸中，生成了6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）NO，向反應(yīng)后的溶液中加入適量NaOH溶液恰好使Mg²⁺、Al³⁺、Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為沉淀，則沉淀質(zhì)量為

 

．
A．22.1g     B．27.2g     C．30g     D．無(wú)法確定．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過(guò)量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng) Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反應(yīng)I中加入NaHCO₃并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過(guò)濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性條件下，NaNO₂和FeSO₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過(guò)濾得到堿式硫酸鐵，據(jù)此分析解答．
（1）Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)，氧化鐵與酸反應(yīng)生成鐵離子，鐵離子可以氧化Fe；
（2）要制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，根據(jù)沉淀的pH選擇；攪拌可以加快反應(yīng)速率；
（3）依據(jù)流程分析判斷，反應(yīng)Ⅱ是亞硝酸根離子氧化亞鐵離子便于鐵離子沉淀分離，流程產(chǎn)物分析可知O₂與NaNO₂在反應(yīng)中做氧化劑；依據(jù)電子守恒計(jì)算；
（4）根據(jù)反應(yīng)物和生成物判斷離子方程式，F(xiàn)e（OH）²⁺水解顯酸性，據(jù)電荷守恒可寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式；
（5）亞鐵離子具有還原性能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（6）根據(jù)電子守恒計(jì)算出金屬失去電子的物質(zhì)的量，根據(jù)反應(yīng)中金屬失去電子的物質(zhì)的量等于生成堿的氫氧根離子的物質(zhì)的量，從金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為其氫氧化物，增加的是氫氧根離子的質(zhì)量來(lái)計(jì)算生成沉淀的質(zhì)量．

解答： 解：廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過(guò)量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng) Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反應(yīng)I中加入NaHCO₃并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過(guò)濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性條件下，NaNO₂和FeSO₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過(guò)濾得到堿式硫酸鐵，
（1）加入過(guò)量廢鐵屑的目的是，使硫酸充分反應(yīng)掉、提高硫酸利用率或使Fe³⁺盡可能轉(zhuǎn)化為Fe²⁺；
故答案為：使硫酸充分反應(yīng)掉、提高硫酸利用率或使Fe³⁺盡可能轉(zhuǎn)化為Fe²⁺；
（2）由題意可知，過(guò)量廢鐵屑溶于稀硫酸得FeSO₄、Al₂（SO₄）₃混合溶液，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，向混合溶液中加入少量NaHCO₃，沉淀Al3+而不沉淀Fe²⁺，反應(yīng)方程式為Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應(yīng)Fe（OH）₂沉淀，控制pH在4.4～7.5之間；工藝中攪拌作用是加快反應(yīng)速率（或使反應(yīng)物充分接觸）；
故答案為：Al³⁺；加快反應(yīng)速率（或使反應(yīng)物充分接觸）；
（3）反應(yīng)Ⅱ是亞硝酸根離子氧化亞鐵離子生成NO和三價(jià)鐵離子，其離子方程式為：Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O，流程產(chǎn)物分析可知O₂與NaNO₂在反應(yīng)中做氧化劑；n（O₂）=

11.2L

22.4L/mol

=0.5mol，則得到電子0.5mol×4=2mol，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價(jià)由+3價(jià)降低到+2價(jià)，得到2mol電子，NaNO₂的物質(zhì)的量為 2mol，
故答案為：Fe²⁺+NO₂^-+2 H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O；氧化劑；2mol；
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的Fe（OH）²⁺離子，F(xiàn)e（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合離子，該水解反應(yīng)的離子方程式為 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
故答案為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
（5）亞鐵離子具有還原性，能被強(qiáng)氧化劑氧化生成鐵離子，反應(yīng)過(guò)程中顏色變化明顯的效果最佳，
A．氯水為淺黃綠色，氯氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，溶液呈黃色，顏色變化不明顯，故A不選；            
B．KSCN溶液和亞鐵離子不反應(yīng)，沒(méi)有顏色變化，故B不選；      
C．NaOH溶液和亞鐵離子反應(yīng)生成白色沉淀，鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀，掩蓋氫氧化亞鐵顏色，故C不選；      
D．酸性KMnO₄溶液呈紫色，亞鐵離子能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，現(xiàn)象明顯，故D選；
故選D；
（6）將合金溶于過(guò)量稀硝酸中，分別生成Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺離子，根據(jù)電子守恒，金屬共失去電子的物質(zhì)的量和氮原子得電子的量是相等的，生成了6.72L NO，即氮原子得電子的物質(zhì)的量是

6.72L

22.4L/mol

（5-2）=0.9mol，根據(jù)前后發(fā)生的整個(gè)過(guò)程的反應(yīng)，知道反應(yīng)中金屬失去電子的物質(zhì)的量等于生成堿的氫氧根離子的物質(zhì)的量，即n（OH^-）=0.9mol，從金屬單質(zhì)轉(zhuǎn)化為其氫氧化物，增加的是氫氧根離子的質(zhì)量，所以反應(yīng)后沉淀的質(zhì)量（包括氫氧化鋁），為11.9g+0.9mol×17g/mol=27.2g，
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生獲取信息及利用信息能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，注意題給信息的靈活運(yùn)用，知道常見(jiàn)離子的檢驗(yàn)方法及現(xiàn)象，題目難度中等．