Question

5．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]的工藝流程如下：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表：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的目的是調節(jié)PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氫氧化物沉淀），該工藝中“攪拌”的作用是使反應物充分接觸，加快反應速率，使反應充分進行．
（2）反應Ⅱ中的離子方程式為Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，在實際生產中，反應Ⅱ常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，O₂的作用是2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃．（用化學方程式表示）
（3）生產中堿式硫酸鐵溶液蒸發(fā)時需要在減壓條件下的原因是防止蒸發(fā)時溫度過高，堿式硫酸鐵進一步水解生成Fe（OH）₃．
（4）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．根據我國質量標準，產品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．為檢驗所得產品中是否含有Fe²⁺，應使用的試劑為
D．（填寫字母）
A．氯水    B．KSCN溶液    C．NaOH溶液    D．酸性KMnO₄溶液．

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，據此分析解答；
（1）為了除去溶液里的Al³⁺，需要調節(jié)溶液的pH，促進Al³⁺水解生成沉淀，通過過濾分離，操作過程中不斷攪拌是為了促進反應完全和加快反應速率；
（2）利用NaNO₂的氧化性氧化溶液里的Fe²⁺，同時通O₂的目的是將還原產生NO氧化得到硝酸，減少環(huán)境污染；
（3）水解是吸熱過程，防止加熱促進水解生成Fe（OH）₃；
（4）Fe²⁺有還原性，溶液顯淺綠色，可選擇氧化性的試劑并結合溶液顏色變化來檢驗．

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）加入少量NaHCO₃的目的是調節(jié)pH，根據氫氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之間將鋁離子轉化為Al（OH）₃沉淀，而亞鐵離子不能生成沉淀，攪拌的目的是使反應物充分接觸反應，故答案為：調節(jié)PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氫氧化物沉淀）；使反應物充分接觸，加快反應速率，使反應充分進行；
（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，發(fā)生反應的離子方程式為 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，通入O₂可以將NO氧化得到硝酸，同時減少NaNO₂的用量，發(fā)生反應的化學方程式為，故答案為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃；
（3）堿式硫酸鐵溶于水后產生的Fe（OH）²⁺離子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe（OH）₃，因水解是吸熱反應，加熱會促進水解，因此堿式硫酸鐵溶液蒸發(fā)時需要在減壓條件下進行，故答案為：防止蒸發(fā)時溫度過高，堿式硫酸鐵進一步水解生成Fe（OH）₃；
（4）亞鐵離子具有還原性，能被強氧化劑氧化生成鐵離子，反應過程中顏色變化明顯的效果最佳，
A．氯水為淺黃綠色，氯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，沒有顏色變化，故B不選；      
C．NaOH溶液和亞鐵離子反應生成白色沉淀，鐵離子和氫氧根離子反應生成紅褐色沉淀，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，現象明顯，故D選；
故答案為：D．

點評 本題考查物質的分離和提純，側重考查學生獲取信息及利用信息能力、分析能力、實驗操作能力，注意題給信息的靈活運用，知道常見離子的檢驗方法及現象，題目難度中等．