Question

10．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下：

已知：部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的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

回答下列問(wèn)題：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH在4.4～7.5范圍內(nèi)．
（2）反應(yīng)Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化亞鐵離子，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（3）實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應(yīng)的O₂體積為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．
（4）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）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⁺．
（5）為測(cè)定含F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺溶液中鐵元素的總含量，實(shí)驗(yàn)操作如下：準(zhǔn)確量取20.00mL溶液于帶塞錐形瓶中，加入足量H₂O₂，調(diào)節(jié)pH＜3，加熱除去過(guò)量H₂O₂；加入過(guò)量KI充分反應(yīng)后，再用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
已知：2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂ I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
若滴定前溶液中H₂O₂沒(méi)有除盡，所測(cè)定的鐵元素的含量將會(huì)偏高 （填“偏高”“偏低”“不變”）

Answer 1

分析 廢鐵屑中含少量氧化鋁、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)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(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，以此來(lái)解答．

解答 解：廢鐵屑中含少量氧化鋁、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)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(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）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，所以條件溶液的pH范圍為4.4～7.5之間，
故答案為：4.4～7.5；
（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，
故答案為：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（3）實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應(yīng)的O₂體積為11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），O元素的化合價(jià)由0降低為-2，N元素的化合價(jià)由+3降低為+2，則由轉(zhuǎn)移電子相等可知相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的物質(zhì)的量為$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}×2×（2-0）}{（3-2）}$=2mol，
故答案為：2mol；
（4）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⁺；
（5）由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，則n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，鐵元素總含量為$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；若滴定前溶液中H₂O₂沒(méi)有除盡，H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，則消耗硫代硫酸鈉溶液體積偏大，可知所測(cè)結(jié)果偏高，
故答案為：偏高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物分離提純的綜合應(yīng)用及物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、流程中的反應(yīng)及混合物分離方法、實(shí)驗(yàn)技能等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度不大．