Question

3．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．
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：

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	9.0	4.4

已知部分陽離子以氧氧化物形式沉淀的溶液的pH見表．回答下列問題：
（1）堿式硫酸鐵能夠凈水的原因是能水解生成具有吸附能力較強的膠體．
（2）加入少量NaHCO₃的目的是調節(jié)溶液的pH，使溶液中的Al³⁺沉淀．
（3）假設沉淀完全溶解時溶液中金屬離子的濃度為1.0×10^-5mol•L^-1，試估算K_sp[Fe（OH）₂]=10^-15．
（4）反應Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化亞鐵離子，該反應的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O
（5）實際生產(chǎn)中，反應Ⅱ常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應的O₂體積為11.2L（標準狀況），則相當于節(jié)約NaNO₂的物質的量為2mol．
（6）在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應制備堿式硫酸鐵．根據(jù)我國質量標準，產(chǎn)品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-，某同學根據(jù)提供的試劑設計實驗檢驗所得產(chǎn)品中不含F(xiàn)e²⁺，含有SO₄^2-，可供選擇的試劑如下：
A．新制氯水                  B.0．l mol•L ^-1KSCN溶液
C.10%NaOH溶液                D.20%HNO₃溶液
E.0.05mol•L^-1酸性KMnO₄溶液    F.0.1mol•L^-1BaCl₂溶液
請你幫助該同學完成實驗，將相關項目填入表中：

實驗操作	現(xiàn)象	結論
取適量產(chǎn)品于潔凈燒杯中，加入適量蒸餾水，充分攪拌，靜置，濾去沉淀	得紅棕色溶液	溶液中含有Fe3+
取少量溶液于試管中，滴加0.05mol/L的酸性高錳酸鉀溶液	溶液不褪色	溶液中不含F(xiàn)e2+
取少量溶液于試管中，滴加0.1mol/L的氯化鋇溶液，再加入20%稀硝酸溶液	有白色沉淀	溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$

（7）為測定含F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺溶液中鐵元素的總含量，實驗操作如下：準確量取20.00mL溶液于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調節(jié)pH＜3，加熱除去過量H₂O₂；加入過量KI充分反應后，再用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液20.00mL．已知：
2Fe²⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂  I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
則溶液中鐵元素的總含量為5.6g•L^-1．

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 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I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）鐵元素水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性；
（2）向混合溶液中加入少量NaHCO₃，沉淀Al³⁺而不沉淀Fe²⁺，反應方程式為Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（3）亞鐵離子完全沉淀時溶液的pH=9.0，則溶液中c（OH^-）=10^-5 mol/L，K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）．c（OH^-）²；
（4）酸性條件下，亞硝酸根離子和亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應生成鐵離子和NO；
（5）根據(jù)轉移電子守恒計算；
（6）亞鐵離子能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，所以可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗亞鐵離子；
用氯化鋇檢驗硫酸根離子，硫酸鋇不溶于稀硝酸；
（7）根據(jù)2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-知，存在Fe³⁺～S₂O₃^2-，根據(jù)關系式計算Fe元素濃度．

解答 解：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 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I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）鐵元素水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附性，所以氫氧化鐵膠體能吸附水中的懸浮物而凈水，
故答案為：能水解生成具有吸附能力較強的膠體；
（2）過量廢鐵屑溶于稀硫酸得FeSO₄、Al₂（SO₄）₃混合溶液，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，向混合溶液中加入少量NaHCO₃，沉淀Al³⁺而不沉淀Fe²⁺，反應方程式為Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，制備硫酸亞鐵，應與硫酸鋁分離，所以加入碳酸氫鈉調節(jié)溶液pH除去Al³⁺，故答案為：Al³⁺；
（3）亞鐵離子完全沉淀時溶液的pH=9.0，則溶液中c（OH^-）=10^-5 mol/L，K_sp[Fe（OH）₂]=c（Fe²⁺）．c（OH^-）²=10^-5×（10^-5）²=10^-15，
故答案為：10^-15；
（4）酸性條件下，亞硝酸根離子和亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應生成鐵離子和NO，離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案為：2H⁺+Fe²⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（5）根據(jù)轉移電子守恒得n（NaNO₂）=$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}×4}{1}$=2mol，
故答案為：2mol；
（6）亞鐵離子能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，所以可以用酸性高錳酸鉀溶液檢驗亞鐵離子，其操作為取少量溶液于試管中，滴加0.05mol/L的酸性高錳酸鉀溶液，如果溶液不褪色，就說明原來溶液中不含亞鐵離子；
用氯化鋇檢驗硫酸根離子，硫酸鋇不溶于稀硝酸，其操作為：取少量溶液于試管中，滴加0.1mol/L的氯化鋇溶液，再加入20%稀硝酸溶液，如果有白色沉淀，就說明溶液中含有硫酸根離子，
故答案為：

取少量溶液于試管中，滴加0.05mol/L的酸性高錳酸鉀溶液	溶液不褪色	溶液中不含F(xiàn)e2+
取少量溶液于試管中，滴加0.1mol/L的氯化鋇溶液，再加入20%稀硝酸溶液	有白色沉淀	溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$

；
（7）根據(jù)2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-知，存在Fe³⁺～S₂O₃^2-，
設Fe元素的物質的量為nmol，
Fe³⁺～S₂O₃^2-，
1     1
nmol 0.1000mol•L^-1×0.020L
1：1=nmol：（0.1000mol•L^-1×0.020L）
n=$\frac{0.1000mol/L×0.020L×1}{1mol}$=0.002mol，m（Fe）=0.002mol×56g/mol=0.112g
則溶液的濃度=$\frac{0.112g}{0.020L}$=5.6g/L，
故答案為：5.6．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及方程式的計算、物質分離提純、離子檢驗、氧化還原反應、鹽類水解等知識點，明確基本原理、物質性質差異性、各個物理量之間的關系是解本題關鍵，題目難度中等．