Question

19．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，在醫(yī)藥上也可用于治療消化性潰瘍出血．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量鋁）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工
藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）堿式硫酸鐵能夠凈水的原因是能水解生成吸附能力很強(qiáng)的膠體．
（2）已知，常溫下部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下表．假設(shè)沉淀完全時溶液中金屬離子的濃度為1×10^-5 mol•L^-1，估算K_sp[Fe（OH）₂]=1×10^-15．生產(chǎn)堿式硫酸鐵的過程中，加入少量NaHCO₃
調(diào)溶液pH=6的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH促進(jìn)Al³⁺水解轉(zhuǎn)化為沉淀完全除去．

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al （OH）3
開始沉淀時的pH	7.0	1.9	3.4
完全沉淀時的pH	9.0	3.2	4.7

（3）反應(yīng)II的離子方程式是Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺═Fe³⁺+NO↑+H₂O，在實際生產(chǎn)中，常同時通入O₂以減少反應(yīng)II中NaNO₂的用量．若實際生產(chǎn)中需要節(jié)約1.38t的NaNO₂用量，則應(yīng)通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O₂112m³．
（4）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${\;}_{3}^{-}$．某同學(xué)根據(jù)提供的試劑設(shè)計實驗檢驗所得產(chǎn)品中不含F(xiàn)e²⁺，含有 SO${\;}_{4}^{2-}$，可供選擇的試劑如下：
A．新制氯水         B．0．l mol/L KSCN溶液         C．10%NaOH溶液
D．20%HNO₃溶液   E．0.05mol/L酸性KMnO₄溶液          F．0．l mol/L BaCl₂溶液
請你幫助該同學(xué)完成實驗，將相關(guān)項目填入下表：

實驗操作	現(xiàn)象	結(jié)論
取適量產(chǎn)品于潔凈燒杯中，加入適量蒸餾水，充分?jǐn)嚢�，靜置，濾去沉淀．	得黃棕色溶液
取少量溶液于試管中，滴加溶液 ①0.05mol/L酸性高錳酸鉀；	②溶液不褪色；	溶液中不含F(xiàn)e2+
取少量溶液于試管中，滴加0.1 mol/L BaCl2溶液，再滴加20% HNO3溶液	③產(chǎn)生白色沉淀；	溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$

Answer 1

分析 （1）依據(jù)氫氧化鐵膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用分析凈水原理；
（2）沉淀完全時溶解時溶液中金屬離子的濃度為1.0×10^-5mol/L，氫氧化亞鐵完全沉淀的PH=9，結(jié)合離子積常數(shù)和溶度積常數(shù)計算得到；加入少量NaHCO₃調(diào)溶液pH=6的目的是把溶液中的鋁離子全部沉淀；
（3）流程分析反應(yīng)Ⅱ是亞硝酸鈉在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，原子守恒配平寫出；依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒計算；
（4）證明不含有亞鐵離子需要選擇高錳酸鉀溶液褪色與否進(jìn)行實驗驗證，證明含有硫酸根離子的實驗是依據(jù)硫酸根離子檢驗方法選擇試劑檢驗，根據(jù)提供的試劑需要選擇氯化鋇溶液和稀硝酸．

解答 解：（1）堿式硫酸鐵能夠凈水的原因是，堿式硫酸鐵在溶液中鐵離子水解生成了具有較強(qiáng)吸附能量的氫氧化鐵膠體，吸附懸浮在水中雜質(zhì)的起到凈水作用；
故答案為：能水解生成具有吸附能力較強(qiáng)的膠體；
（2）沉淀完全時溶解時溶液中金屬離子的濃度為1.0×10^-5mol/L，氫氧化亞鐵完全沉淀的PH=9，c（H⁺）=10^-9mol/L，c（OH^-）=10^-5mol/L，依據(jù)溶度積常數(shù)計算方法得到Ksp=c（Fe²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-5mol/L×（10^-5mol/L）²=1×10^-15（mol/L）³；加入少量NaHCO₃調(diào)溶液pH=6的目的是把溶液中的鋁離子全部沉淀；
故答案為：1×10^-15（mol/L）³；調(diào)節(jié)溶液PH促進(jìn)Al³⁺水解轉(zhuǎn)化為沉淀除去；
（3）分析反應(yīng)Ⅱ是亞硝酸鈉在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒和電荷守恒，原子守恒寫出的離子方程式為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；在實際生產(chǎn)中，常同時通入O₂以減少反應(yīng)II中NaNO₂的用量．若實際生產(chǎn)中需要節(jié)約1.38t的NaNO₂用量，物質(zhì)的量=$\frac{1.38t}{69g/mol}$=2×10⁴mol，轉(zhuǎn)移電子2×10⁴mol，依據(jù)電子守恒計算：
4NaNO₂～4NO～4e^-～O₂～4e-
4                 1
2×10⁴mol        n（O₂）
 n（O₂）=5×10³mol
V（O₂）=5×10³mol×22.4mol/L=1.12×10⁵L=112m³；
則應(yīng)通入標(biāo)準(zhǔn) 狀況下的0₂ 的體積為112m³；
故答案為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；112；
（4）根據(jù)提供的試劑設(shè)計實驗檢驗所得產(chǎn)品中不含 Fe²⁺，含有SO₄^2-，實驗證明不含有亞鐵離子需要選擇高錳酸鉀溶液褪色與否進(jìn)行實驗驗證，證明含有硫酸根離子的實驗是依據(jù)硫酸根離子檢驗方法選擇試劑檢驗，具體步驟為：取適量產(chǎn)品于潔凈燒杯中，加入適量蒸餾水，充分?jǐn)嚢�，靜置，濾去沉淀，得黃棕色溶液，取少量溶液于試管中，滴加0.05mol/l的酸性高錳酸鉀溶液，溶液不褪色證明溶液中不含F(xiàn)e²⁺，取少量溶液于試管中，滴加0.1mol/L的BaCl₂ 溶液，再加入20% HNO₃ 溶液，白色沉淀，溶液中含有SO₄^2-；
故答案為：

操  作	現(xiàn)  象
0.05 mol/L酸性高錳酸鉀溶液	溶液不褪色
	產(chǎn)生白色沉淀

點評 本題考查了實驗制備物質(zhì)的分析應(yīng)用，離子檢驗方法和設(shè)計，化學(xué)方程式，氧化還原反應(yīng)電子守恒的計算式解題關(guān)鍵，題目難度中等．