Question

9．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：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見右表．回答下列問題：

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

（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）在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵．根據(jù)我國質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品中不得含有Fe²⁺及NO^3-．為檢驗(yàn)所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，應(yīng)使用的試劑為D．
A．氯水        B．KSCN溶液      C．NaOH溶液      D．酸性KMnO₄溶液
（6）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，加熱除去過量H₂O₂；加入過量KI充分反應(yīng)后，再用 0.1000mol•L^-1 Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．已知：3Fe³⁺+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．若滴定前溶液中H₂O₂沒有除盡，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、過濾得到堿式硫酸鐵，據(jù)此分析解答．

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(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）在實(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有11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），反應(yīng)過程中提供電子相等，則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的物質(zhì)的量=$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}×4}{1}$=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，該水解反應(yīng)的離子方程式為 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
（5）亞鐵離子具有還原性，能被強(qiáng)氧化劑氧化生成鐵離子，反應(yīng)過程中顏色變化明顯的效果最佳，
A．溴水為橙紅色，溴將亞鐵離子氧化為鐵離子，溶液呈黃色，顏色變化不明顯，故A不選；            
B．KSCN溶液和亞鐵離子不反應(yīng)，沒有顏色變化，故B不選；      
C．NaOH溶液和亞鐵離子反應(yīng)生成白色沉淀，鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀，掩蓋氫氧化亞鐵顏色，故C不選；      
D．酸性KMnO₄溶液呈紫色，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，現(xiàn)象明顯，故D選；
故選D；
（6）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；H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，所以若過氧化氫沒有除盡，則消耗硫代硫酸鈉溶液體積偏大，所測(cè)結(jié)果偏高，
故答案為：5.6；偏高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生獲取信息及利用信息能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，注意題給信息的靈活運(yùn)用，知道常見離子的檢驗(yàn)方法及現(xiàn)象，題目難度中等．