Question

某工廠的廢金屬屑中主要成分為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K₂FeO₄（高鐵酸鉀）等產(chǎn)品，過(guò)程如下：
I：向廢金屬屑中加入過(guò)量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾．該步驟中加入過(guò)量的NaOH溶液的目的是

 

．
Ⅱ：向I所得固體中加入過(guò)量稀H₂SO₄，充分反應(yīng)后過(guò)濾，經(jīng)檢驗(yàn)所得濾液中不含F(xiàn)e³⁺，其原因是（用離子方程式表示）

 

．
Ⅲ：將Ⅱ所得濾液經(jīng)進(jìn)一步處理可制得Na₂FeO₄，流程如下：

（1）寫出由Fe（OH）₃制取Na₂FeO₄的化學(xué)方程式

 

．
（2）測(cè)得濾液中c（Fe²⁺）為a mol?L^-1，若要處理1m³濾液，理論上需要消耗25%的H₂O₂溶液

 

kg（用含a的代數(shù)式表示）．
Ⅳ：將一定量的Na₂FeO₄投入到KOH溶液，Na₂FeO₄可與KOH反應(yīng)生成K₂FeO₄：
Na₂FeO₄+2KOH═K₂FeO₄+2NaOH
（1）該反應(yīng)是在低溫下進(jìn)行的，說(shuō)明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）

 

K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（2）K₂FeO₄在水溶液中易“水解”：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂．在“提純”K₂FeO₄中采用重結(jié)晶、洗滌、低溫烘干的方法，則洗滌劑最好選用

 

 溶液（填序號(hào)）．
A．H₂O      B．CH₃COONa、乙醇       C．NH₄Cl、乙醇     D．Fe（NO₃）₃、乙醇
（3）K₂FeO₄處理水時(shí)，不僅能消毒殺菌，還能除去水體中的H₂S、NH₃等，生成的Fe（OH）₃膠體還能吸附水中的懸浮雜質(zhì)．根據(jù)污染物的實(shí)際情況向污水中加入適量的K₂FeO₄將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)污染的物質(zhì)，試寫出K₂FeO₄處理含NH₃的污水時(shí)與NH₃反應(yīng)的離子方程式

 

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Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Ⅰ、廢金屬屑中主要成分為Fe和Al，此外還含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，向廢金屬屑中加入過(guò)量的NaOH溶液利用鋁、氧化鋁溶解于氫氧化鈉溶液；
Ⅱ、氧化鐵溶于鹽酸生成氯化鐵，同時(shí)混合物中的鐵會(huì)還原氯化鐵生成氯化亞鐵；
Ⅲ、（1）鐵元素的化合價(jià)從+3價(jià)升高到+6價(jià)失去3個(gè)電子，次氯酸鈉中氯元素的化合價(jià)從+1價(jià)降低到-1 價(jià)，得到2個(gè)電子．因此根據(jù)電子得失守恒可知還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比=2：3；根據(jù)原子守恒可知，反應(yīng)中還有水生成，依據(jù)原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（2）液中亞鐵離子的物質(zhì)的量是1000amol，生成氫氧化鐵失去1000amol電子．雙氧水在反應(yīng)中氧元素的化合價(jià)從-1價(jià)降低到-2價(jià)，得到1個(gè)電子，因此1mol雙氧水在反應(yīng)中得到2mol電子，設(shè)需要雙氧水溶液的質(zhì)量是m，則根據(jù)電子得失守恒可知，

m×25%

34g/mol

×2=1000amol，解得m=68000ag=68akg；
Ⅳ、（1）根據(jù)反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH可知，反應(yīng)生成溶解度更小的物質(zhì)；
（2）選擇的洗滌劑應(yīng)能抑制K₂FeO₄的水解，并注意減少K₂FeO₄的溶解；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄處理含有NH₃污水時(shí)生成Fe（OH）₃膠體，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成無(wú)污染的物質(zhì)為氮?dú)猓�由電荷守恒可知，還生成KOH．

解答： 解：I：廢金屬屑中主要成分為Fe和Al，此外還含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，向廢金屬屑中加入過(guò)量的NaOH溶液利用鋁、氧化鋁溶解于氫氧化鈉溶液，除去廢金屬屑中的Al和Al₂O₃；
故答案為：除去廢金屬屑中的Al和Al₂O₃；
II：向I所得固體中加入過(guò)量稀H₂SO₄，充分反應(yīng)后過(guò)濾，經(jīng)檢驗(yàn)所得濾液中不含F(xiàn)e³⁺，氧化鐵溶于鹽酸生成氯化鐵，同時(shí)混合物中的鐵會(huì)還原氯化鐵生成氯化亞鐵，反應(yīng)的離子方程式：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
故答案為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
Ⅲ、（1）鐵元素的化合價(jià)從+3價(jià)升高到+6價(jià)失去3個(gè)電子，次氯酸鈉中氯元素的化合價(jià)從+1價(jià)降低到-1 價(jià)，得到2個(gè)電子．因此根據(jù)電子得失守恒可知還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比=2：3；根據(jù)原子守恒可知，反應(yīng)中還有水生成，依據(jù)原子守恒配平書寫化學(xué)方程式，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe（OH）₃₊3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；
故答案為：2Fe（OH）₃₊3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；
（2）液中亞鐵離子的物質(zhì)的量是1000amol，生成氫氧化鐵失去1000amol電子．雙氧水在反應(yīng)中氧元素的化合價(jià)從-1價(jià)降低到-2價(jià)，得到1個(gè)電子，因此1mol雙氧水在反應(yīng)中得到2mol電子．設(shè)需要雙氧水溶液的質(zhì)量是m，則根據(jù)電子得失守恒可知，

m×25%

34g/mol

×2=1000amol，解得m=68000ag=68akg；
故答案為：68a；
IV：（1）根據(jù)反應(yīng)Na₂FeO₄+2KOH=K₂FeO₄+2NaOH可知，反應(yīng)生成溶解度更小的物質(zhì)，說(shuō)明此溫度下K_sp（K₂FeO₄）＜K_sp（Na₂FeO₄），故答案為：＜；
（2）K₂FeO₄ 在水溶液中易水解呈堿性，應(yīng)選擇堿性非水溶液抑制K₂FeO₄水解，進(jìn)行洗滌．
A．K₂FeO₄在水溶液中易“水解”：4FeO₄^2-+10H₂O?4Fe（OH）₃+8OH^-+3O₂，且容易損失，不能用水洗，故A錯(cuò)誤；
B．CH₃COONa、異丙醇，能抑制水解，減少洗滌損失，故B正確；
C．NH₄Cl不能抑制水解，促進(jìn)水解，故C錯(cuò)誤；
D．Fe（NO₃）₃不能抑制水解，促進(jìn)水解，故D錯(cuò)誤，
故選：B；
（3）由題目信息可知，K₂FeO₄處理含有NH₃污水時(shí)生成Fe（OH）₃膠體，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成無(wú)污染的物質(zhì)為氮?dú)�，由電荷守恒可知，還生成KOH，反應(yīng)離子方程式為：2FeO₄^2-+2NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+N₂↑+4OH^-，或2FeO₄^2-+2NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+N₂↑+4OH^-；
故答案為：2FeO₄^2-+2NH₃+2H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+N₂↑+4OH^-，或2FeO₄^2-+2NH₃?H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+N₂↑+4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)的制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，解答本題時(shí)注意把握題給信息，學(xué)習(xí)中注重知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)．