Question

16．鐵是一種過渡元素，金屬鐵是最常用的金屬．請(qǐng)回答下列各題：
（1）生鐵中含有一種鐵碳化合物（Fe₃C），在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體和能使澄清石灰水變渾濁的氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂．上述反應(yīng)生成的磁性固體能溶于過量鹽酸，該反應(yīng)的離子方程式為3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．
（2）在Fe²⁺或Fe³⁺的催化作用下，可實(shí)現(xiàn)2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的轉(zhuǎn)化．已知含SO₂的廢氣通入含F(xiàn)e²⁺的溶液時(shí)，其中一個(gè)反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，則另一反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）硫酸廠用煅燒黃鐵礦（FeS₂）來制取硫酸，實(shí)驗(yàn)室利用硫酸廠燒渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制綠礬．利用燒渣制綠礬的過程如下：

①燒渣溶于稀H₂SO₄過程中，先是固體大部分被溶解，接著有單質(zhì)硫生成，寫出該反應(yīng)的離子方程式（只寫生成S的離子方程式，其他反應(yīng)無需寫出）2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺．
②向溶液X中加入足量鐵屑的目的是使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，以制備純凈的綠礬晶體．
③取1.6g所得晶體樣品配成溶液，滴入10.00mL 0.1000mol/L 的酸性高錳酸鉀液剛好完全反應(yīng)，經(jīng)計(jì)算可得樣品中含47.5%的硫酸亞鐵．
（4）已知Fe（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp=1.1×10^-36．室溫時(shí)在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，當(dāng)溶液pH=3時(shí)，通過計(jì)算說明Fe³⁺是否沉淀完全計(jì)算得c（Fe³⁺）=1.1×10^-3mol•L^-1＞1×10^-5mol•L^-1，故Fe³⁺沒有沉淀完全．
（提示：當(dāng)某離子濃度小于1.0×10^-5 mol•L^-1時(shí)可以認(rèn)為該離子沉淀完全了）

Answer 1

分析 （1）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒生成四氧化三鐵和二氧化碳；磁性固體能溶于過量稀硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸鐵、NO和水；
（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可實(shí)現(xiàn)2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的轉(zhuǎn)化，由總反應(yīng)（2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）減去4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O即可；
（3）①Fe₂O₃和FeS均可以和稀硫酸之間反應(yīng)分別生成硫酸鐵、硫化氫，二者之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
②金屬鐵可以和鐵離子之間反應(yīng)生成亞鐵離子；
③取1.6g所得晶體樣品，樣品中含47.5%的硫酸亞鐵，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為$\frac{1.6g×47.5%}{152g/mol}$=0.005mol，根據(jù)反應(yīng)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O計(jì)算高錳酸鉀溶液的體積；
（4）溶液中c（H⁺）=10^-3，c（OH^-）=10^-11 ，代入K_sp=1.1×10^-36=[c（OH^-）]³×c（Fe³⁺）求算．

解答 解：（1）Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒生成四氧化三鐵和二氧化碳，反應(yīng)為Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂；磁性固體能溶于過量稀硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硝酸鐵、NO和水，離子反應(yīng)為3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O，
故答案為：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂；3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O；
（2）由總反應(yīng)（2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）減去4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O可得到離子反應(yīng)為2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案為：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）①Fe₂O₃可以和稀硫酸之間反應(yīng)生成硫酸鐵，F(xiàn)eS可以和稀硫酸之間反應(yīng)生成硫化氫，鐵離子具有氧化性，硫化氫具有還原性，二者之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺，會(huì)產(chǎn)生硫單質(zhì)，故答案為：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
②向溶液硫酸鐵中加入足量鐵屑，金屬鐵可以和鐵離子之間反應(yīng)生成亞鐵離子，以制備純凈的綠礬晶體，故答案為：使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，以制備純凈的綠礬晶體；
③取1.6g所得晶體樣品，樣品中含47.5%的硫酸亞鐵，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為$\frac{1.6g×47.5%}{152g/mol}$=0.005mol，根據(jù)反應(yīng)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知，消耗的高錳酸鉀溶液的體積為$\frac{\frac{0.005}{5}mol}{0.1000mol/L}$=0.01L=10.00mL，故答案為：10.00；
（4）溶液pH為3時(shí)，溶液中c（H⁺）=10^-3，則c（OH^-）=10^-11 ，K_sp=1.1×10^-36=[c（OH^-）]³×c（Fe³⁺），c（Fe³⁺）=1.1×10^-36/10^-33=1.1×10^-3（mol/L）＞10^-5 mol•L^-1，故答案為：計(jì)算得c（Fe³⁺）=1.1×10^-3mol•L^-1＞1×10^-5 mol•L^-1，故Fe³⁺沒有沉淀完全．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及氧化還原反應(yīng)的計(jì)算、離子反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫等，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重分析能力與計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．