Question

8．堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]可用作凈水劑、媒染劑、顏料和藥物．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生成堿式硫酸鐵的部分工藝如圖：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶劑的pH見表：

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

（1）反應Ⅰ中發(fā)生的氧化還原反應的離子方程式是Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（2）反應Ⅱ中加入NaHCO₃調節(jié)體系PH在4.4≤pH＜7.5 范圍內．
（3）反應Ⅲ中生成的氣體遇空氣變紅棕色，則反應Ⅲ中發(fā)生反應的離子方程式是2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（4）反應Ⅲ中通入氧氣可減少NaNO₂的用量，若消耗1mol氧氣可節(jié)約n（NaNO₂）=4mol．
（5）用硫酸控制體系的PH，若硫酸加入量過小，容易生成沉淀；若硫酸加入量過大，不利于產品形成，用化學平衡移動原理分析其原因是過量的硫酸與Fe（OH）SO₄電離出來的OH^-中和，使電離平衡向右移動，不利于產物生成．
（6）堿式硫酸鐵溶于水后生成的Fe（OH）²⁺離子可部分水解生成Fe₂（OH）${\;}_{4}^{2+}$聚合離子，該水解反應的離子方程式是2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等），將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應 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Ⅱ中加入NaHCO₃并攪拌，調節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過濾得到硫酸亞鐵，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)生氧化還原反應生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵，
（1）Fe為活潑金屬，可與酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，氧化鐵與酸反應生成鐵離子，鐵離子可以氧化Fe反應生成硫酸亞鐵；
（2）制備硫酸亞鐵，應與硫酸鋁分離，應調節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應Fe（OH）₂沉淀，控制pH在4.4≤pH＜7.5之間，
（3）反應Ⅲ中生成的氣體空氣變紅棕色是生成一氧化氮氣體，反應Ⅲ是亞鐵離子被亞硝酸鈉酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應生成硝酸鐵，一氧化氮和水；
（4）n（O₂）=1mol，則得到電子1mol×4=4mol，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價由+3價降低到+2價，得到1mol電子，則需要4molNaNO₂；
（5）Fe³⁺沉淀完全時的pH=3.1，若酸度太低，堿性增強，易生成氫氧化鐵沉淀；若加入硫酸過大，氫離子濃度增大，會中和Fe（OH）SO₄中的氫氧根離子，不利于堿式硫酸鐵的生成；
（6）[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，根據電荷守恒和質量守恒可寫出反應的離子方程式．

解答 解：（1）活潑金屬，可與酸反應，反應的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，氧化鐵與酸反應生成鐵離子，鐵離子可以氧化Fe，離子方程式為：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（2）制備硫酸亞鐵，應與硫酸鋁分離，應調節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應Fe（OH）₂沉淀，控制pH在4.4≤pH＜7.5之間，
故答案為：4.4≤pH＜7.5；
（3）NaNO₂可氧化亞鐵離子為鐵離子，本身變?yōu)镹O，故反應方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案為：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（4）n（O₂）=1mol，則得到電子1mol×4=4mol，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價由+3價降低到+2價，得到1mol電子，則需要4molNaNO₂，
故答案為：4；
（5）Fe³⁺沉淀完全時的pH=3.1，若酸度太低，堿性增強，易生成氫氧化鐵沉淀；若加入硫酸過大，氫離子濃度增大，會中和Fe（OH）SO₄電離的氫氧根離子，Fe（OH）SO₄?Fe²⁺+2OH^-+SO₄^2-，使電離平衡向右移動，不利于堿式硫酸鐵的生成；
故答案為：過量的硫酸與Fe（OH）SO₄電離出來的OH^-中和，使電離平衡向右移動，不利于產物生成；
（6）[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，根據電荷守恒和質量守恒可寫出反應的離子方程式為2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺，
故答案為：2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．

點評 本題考查工藝流程、對條件的控制選擇、物質的分離提純等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．