Question

高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是一種新型飲用水消毒劑．某研究小組設計了用工業(yè)廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉的工藝流程，其中X、Y、Z是含鐵化合物．

（1）廢鐵屑中加入碳酸鈉熱溶液的目的是

 

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（2）試寫出上述過程中X轉(zhuǎn)化為Y的離子方程式

 

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（3）寫出Cl₂將Z氧化為Na₂FeO₄的化學方程式

 

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（4）高鐵酸鈉消毒后的還原產(chǎn)物具有凈水作用，解釋凈水原理

 

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（5）高鐵酸鈉還可以用電解法：Fe+2NaOH+2H₂O=Na₂FeO₄+2H₂↑，寫出電解時陽極的電極反應式

 

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Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：依據(jù)流程圖和實驗目的分析判斷，用工業(yè)廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
（1）碳酸鈉溶液水解顯堿性清除廢鐵屑表面的油污；
（2）X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵加入過氧化氫和硫酸發(fā)生氧化還原反應；
（3）Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，依據(jù)原子守恒和氧化還原反應電子守恒配平書寫化學方程式；
（4）高鐵酸鈉具有強氧化性能殺菌消毒，在反應過程中被還原為鐵離子在水溶液中水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用起到凈水作用；
（5）電解時陽極發(fā)生氧化反應，鐵失電子生成高鐵酸根離子，依據(jù)電解質(zhì)溶液配平電荷守恒寫出電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；

解答： 解：依據(jù)流程圖和實驗目的分析判斷，用工業(yè)廢鐵屑（含銅、碳、硅等）制取高鐵酸鈉，其中X、Y、Z是含鐵化合物，碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)得到粗鐵，加入硫酸，鐵和硫酸反應生成硫酸亞鐵，過濾得到濾渣為銅和硅，濾液為硫酸亞鐵，加入硫酸和過氧化氫氧化亞鐵離子為鐵離子，加入氫氧化鈉用生成氫氧化鐵沉淀，在氫氧化鈉溶液中通入氯氣生成高鐵酸鈉；
（1）碳酸鈉溶液水解顯堿性，洗滌廢鐵屑表面油污，油脂在堿性溶液中水解生成溶于水的物質(zhì)被洗去；
故答案為：清洗廢鐵屑表面的油污；  
（2）X為硫酸亞鐵，Y為硫酸鐵，硫酸亞鐵中加入過氧化氫在硫酸酸性溶液中發(fā)生氧化還原反應，反應生成鐵離子和水，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（3）Z為氫氧化鐵，在氫氧化鈉溶液中氯氣氧化氫氧化鐵為高鐵酸鈉，Cl₂將Z為氫氧化鐵氧化為Na₂FeO₄的化學方程式為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
故答案為：10NaOH+3Cl₂+2Fe（OH）₃═2Na₂FeO₄+6NaCl+8H₂O；
（4）Na₂FeO₄能消毒、凈水的原因是高價鐵具有氧化性，能消毒殺菌，生成Fe³⁺形成膠體，具有吸附懸浮物的凈水的作用；
故答案為：高鐵酸鹽在殺菌消毒時，本身被還原成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺易水解生成Fe（OH）₃，具有膠體的性質(zhì)，可吸附水中的懸浮雜質(zhì)，而起到凈化水的作用；
（5）電解時陽極發(fā)生氧化反應，電極反應方程式為Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；
故答案為：Fe+8OH^--6e^-═FeO₄^2-+4H₂O；

點評：本題考查了物質(zhì)制備的實驗過程分析和鐵及其化合物性質(zhì)的分析應用，電解池原理的分析判斷，綜合性強，難度中等，主要考查學生分析問題的能力，是高考的熱點習題．