Question

13．鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛．研究鐵及其化合物的應(yīng)用意義重大．
I．水體的凈化和污水的處理與鐵及其化合物密切相關(guān)．
（1）自來水廠常用高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）改善水質(zhì)．簡述高鐵酸鈉用于殺菌消毒同時又起到凈水作用的原理FeO₄^2-有強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，本身被還原為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈水的目的．
（2）堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫(yī)藥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、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如圖：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的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

回答下列問題：
①寫出反應(yīng)I中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
②加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，應(yīng)控制pH的范圍為4.4～7.5．
③在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)II常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，若通入5.6L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的質(zhì)量為69g．
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）₄]²⁺聚合離子．該水解反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺；．
II．鐵的化合物也是制備高能鋰電池的重要原料．已知磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：
FePO₄+Li$?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li⁺．試寫出該電池充電時的陽極反應(yīng)式LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺．常溫下以該電池為電源電解200mL飽和食鹽水，當(dāng)消耗1.4g Li時，溶液的pH為14．（忽略溶液的體積變化）．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）高鐵酸鈉具有強(qiáng)氧化性，可用于殺菌消毒，還原生成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)；
（2）①Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)；
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；
③所消耗氧氣得到的電子的物質(zhì)的量相當(dāng)于NaNO₂得到電子的物質(zhì)的量；
④根據(jù)反應(yīng)物和生成物判斷離子方程式；
Ⅱ．陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合反應(yīng)的方程式判斷，電解池中電極商電子守恒，依據(jù)電子轉(zhuǎn)移減少電解飽和氯化鈉溶液中陰極電解反應(yīng)中減小的氫離子物質(zhì)的量，氫離子減小和溶液在親一個離子增加物質(zhì)的量相同，得到溶液中氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積減少氫離子濃度得到溶液pH．

解答 解：Ⅰ．（1）高鐵酸鈉具有強(qiáng)氧化性，可用于殺菌消毒，還原生成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)，可用來除去水中的懸浮物，達(dá)到凈水的目的，
故答案為：FeO₄^2-有強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，本身被還原為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈水的目的；
（2）①Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
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4.4～7.5之間，
故答案為：4.4～7.5；
③n（O₂）=$\frac{5.6L}{22.4L/mol}$=0.25mol，則得到電子0.25mol×4=1mol，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價由+3價降低到+2價，得到1mol電子，則m（NaNO₂）=1mol×69g/mol=69g，
故答案為：69；
④[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⁺；
Ⅱ．陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由總反應(yīng)式FePO₄+Li$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiFePO₄可知，LiFePO₄被氧化生成FePO₄，反應(yīng)的電極方程式為LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺，常溫下以該電池為電源電解200mL飽和食鹽水，當(dāng)消耗1.4gLi時，n（Li）=$\frac{1.4g}{7g/mol}$=0.2mol，反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移0.2mol，電解食鹽水，陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氫離子減小0.2mol，溶液中增加氫氧根離子物質(zhì)的量為0.2mol，c（OH^-）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1}$=10^-14mol/L，溶液的pH值為14，
故答案為：LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺；14．

點(diǎn)評 本題考查制備原理的設(shè)計，題目難度中等，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和題給信息判斷可能發(fā)生的反應(yīng)，方程式的書寫為解答該題的難點(diǎn)，也是易錯點(diǎn)，注意體會書寫方法．