Question

13．堿式硫酸鐵是一種新型高效絮凝劑，常用于污水處理，在醫(yī)療上也可用于治療消化性潰瘍出血．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如下所示：

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH如表所示：

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

請回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，除去Al³⁺，①pH的范圍4.4-7.5
②寫出可能發(fā)生的離子方程式：Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑
（2）在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ中常同時(shí)通入O₂，以減少NaNO₂的用量，O₂與NaNO₂在反應(yīng)中均作氧化劑；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2mol

（3）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺，該水解反應(yīng)的離子方程式為2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺
（4）現(xiàn)以CO、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備高鐵酸鹽Na₂FeO₄的裝置如圖所示，其中Y為CO₂．
寫出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式CO+CO₃^2--2e-=2CO₂
寫出電解池中生成FeO₄^2-的電極反應(yīng)式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

Answer 1

分析 廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(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、過濾得到堿式硫酸鐵，
（1）①加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，除去鋁離子，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH判斷；
②碳酸氫根離子和鋁離子發(fā)生雙水解生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳；
（2）依據(jù)流程分析判斷，反應(yīng)Ⅱ是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；
（3）根據(jù)反應(yīng)物和生成物判斷離子方程式；Fe（OH）²⁺水解顯酸性，據(jù)電荷守恒可寫出該反應(yīng)的離子方程式；
（4）石墨電極Ⅰ是原電池的負(fù)極，一氧化碳失去電子生成二氧化碳，濾液碳酸根離子配平電荷守恒；電解池中鐵做陽極在氫氧化鈉溶液中失電子生成Na₂FeO₄ ；

解答 解：（1）①加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之間將鋁離子轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，而亞鐵離子不能生成沉淀，
故答案為：4.4-7.5；
②可能發(fā)生的離子方程式Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（2）酸性條件下，亞硝酸鈉具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原生成NO，所以反應(yīng)Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，氧氣的作用與亞硝酸鈉相同，1mol氧氣得4mol電子，1mol亞硝酸根離子的1mol電子，有$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol氧氣反應(yīng)轉(zhuǎn)移2mol電子，相對于2mol亞硝酸鈉反應(yīng)，
故答案為：氧化劑；2mol；
（3）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⁺；
（4）現(xiàn)以CO、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備高鐵酸鹽Na₂FeO₄的裝置如圖所示，其中Y為CO₂，
石墨電極Ⅰ是原電池的負(fù)極，一氧化碳失去電子生成二氧化碳，濾液碳酸根離子配平電荷守恒，CO+CO₃^2--2e-=2CO₂，
電解池中鐵做陽極在氫氧化鈉溶液中失電子生成Na₂FeO₄ ，F(xiàn)e-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：CO+CO₃^2--2e-=2CO₂；Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的分離和提純、原電池、電解池原理，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，知道常見離子的檢驗(yàn)方法及現(xiàn)象，題目難度中等．