Question

某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe和Al，此外還含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，該廠用上述廢金屬屑制取新型高效水處理劑Na₂FeO₄（高鐵酸鈉）等產品，過程如下：
I.向廢金屬屑中加入過量的NaOH溶液，充分反應后過濾；
II.向I所得固體中加入過量稀H₂SO₄，充分反應后過濾；
III.向II所得固體中繼續(xù)加入熱的稀H₂SO₄，同時不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO₄溶液；
IV.（1）步驟I中發(fā)生反應的化學方程式為         、         。
（2）步驟II所得的濾液中加入KSCN溶液無明顯現象，表明濾液中不存在Fe³⁺，用離子方程式解釋其
可能的原因         。
（3）步驟III獲得CuSO₄溶液的離子方程式為         。
（4）步驟II所得濾液經進一步處理可制得Na₂FeO₄，流程如下：

①測得濾液中c(Fe²⁺) 為a mol·L^-1，若要處理1 m³濾液，理論上需要消耗25 % 的H₂O₂溶液_________kg
（用含a的代數式表示）。
②寫出由Fe(OH)₃制取Na₂FeO₄的化學方程式___________。

Answer 1

（1）2Al+2H₂O+2NaOH⁼2NaAlO₂+3H₂↑（2分）
Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O（2分）
（2） 2Fe³⁺⁺Fe=3Fe²⁺ （或2Fe³⁺⁺Cu＝2Fe²⁺⁺Cu²⁺或Fe+Fe₂O₃₊6H⁺＝3Fe²⁺+3 H₂O等）（1分）
（3）2Cu+O₂₊4H⁺  2Cu²⁺⁺2H₂O（2分）
（4） ① 68 a（2分）
②2Fe(OH)₃₊3NaClO+4NaOH＝2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O （2分）

解析試題分析：（1）廢金屬屑中能和氫氧化鈉溶液反應的物質是金屬鋁和兩性氧化物氧化鋁，所以反應的化學方程式為2Al+2H₂O+2NaOH⁼2NaAlO₂+3H₂↑、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O。
（2）I所得固體中含有鐵、銅和氧化鐵，加入過量稀H₂SO₄后鐵、氧化鐵被溶解分別生成硫酸亞鐵和硫酸鐵。由于鐵離子具有氧化性，能氧化單質銅生成銅離子和亞銅離子，所以加入KSCN溶液后不顯紅色，反應的離子方程式為2Fe³⁺⁺Fe=3Fe²⁺。
（3）銅與稀硫酸不反應，但在加熱的條件下能被空氣中的氧氣氧化生成氧化銅，氧化銅可以溶解在稀硫酸中生成硫酸銅，反應的化學方程式為2Cu+O₂₊4H⁺  2Cu²⁺⁺2H₂O。
（4）①濾液中亞鐵離子的物質的量是1000amol，生成氫氧化鐵失去1000amol電子。雙氧水在反應中氧元素的化合價從－1價降低到－2價，得到1個電子，因此1mol雙氧水在反應中得到2mol電子。設需要雙氧水溶液的質量是m，則根據電子得失守恒可知，×2＝1000amol，解得m＝68000amg＝68amkg。
②鐵元素的化合價從＋3價升高到＋6價失去3個電子，次氯酸鈉中氯元素的化合價從＋1價降低到－1 價，得到2個電子。因此根據電子得失守恒可知還原劑與氧化劑的物質的量之比＝2:3。根據原子守恒可知，反應中還有水生成，所以反應的化學方程式為2Fe(OH)₃₊3NaClO+4NaOH＝2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O。
考點：考查金屬鋁、鐵和銅以及化合物性質、高鐵酸鈉的制備、氧化還原反應的計算等