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(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶劑的pH見(jiàn)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

（1）反應(yīng)Ⅰ中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式是Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（2）反應(yīng)Ⅱ中加入NaHCO₃調(diào)節(jié)體系PH在4.4≤pH＜7.5 范圍內(nèi)．
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成的氣體遇空氣變紅棕色，則反應(yīng)Ⅲ中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（4）反應(yīng)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(guò)小，容易生成沉淀；若硫酸加入量過(guò)大，不利于產(chǎn)品形成，用化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析其原因是過(guò)量的硫酸與Fe（OH）SO₄電離出來(lái)的OH^-中和，使電離平衡向右移動(dòng)，不利于產(chǎn)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(yīng)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(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)Ⅱ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）Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，氧化鐵與酸反應(yīng)生成鐵離子，鐵離子可以氧化Fe反應(yīng)生成硫酸亞鐵；
（2）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≤pH＜7.5之間，
（3）反應(yīng)Ⅲ中生成的氣體空氣變紅棕色是生成一氧化氮?dú)怏w，反應(yīng)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(yīng)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(jià)由+3價(jià)降低到+2價(jià)，得到1mol電子，則需要4molNaNO₂；
（5）Fe³⁺沉淀完全時(shí)的pH=3.1，若酸度太低，堿性增強(qiáng)，易生成氫氧化鐵沉淀；若加入硫酸過(guò)大，氫離子濃度增大，會(huì)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(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒可寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式．

解答 解：（1）活潑金屬，可與酸反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，氧化鐵與酸反應(yīng)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(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≤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(yīng)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(jià)由+3價(jià)降低到+2價(jià)，得到1mol電子，則需要4molNaNO₂，
故答案為：4；
（5）Fe³⁺沉淀完全時(shí)的pH=3.1，若酸度太低，堿性增強(qiáng)，易生成氫氧化鐵沉淀；若加入硫酸過(guò)大，氫離子濃度增大，會(huì)中和Fe（OH）SO₄電離的氫氧根離子，F(xiàn)e（OH）SO₄?Fe²⁺+2OH^-+SO₄^2-，使電離平衡向右移動(dòng)，不利于堿式硫酸鐵的生成；
故答案為：過(guò)量的硫酸與Fe（OH）SO₄電離出來(lái)的OH^-中和，使電離平衡向右移動(dòng)，不利于產(chǎn)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(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒可寫(xiě)出反應(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查工藝流程、對(duì)條件的控制選擇、物質(zhì)的分離提純等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．