Question

1．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)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(shí)溶液的pH如下表：

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

回答下列問題：
（1）反應(yīng)I溶液中存在的金屬陽離子有Fe²⁺、Al³⁺．
（2）加入NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，使溶液中的Al³⁺（填“Fe³⁺”、“Fe²⁺”或“A1³⁺”）沉淀．該工藝流程中“攪拌”的作用是加快反應(yīng)速率．
（3）反應(yīng)II的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)II常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，O₂與NaNO₂在反應(yīng)中均作為氧化劑．若參與反應(yīng)的O₂有11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂物質(zhì)的量為2mol．
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成${[{F{e_2}{{（{OH}）}_4}}]^{2+}}$聚合離子．該水解反應(yīng)的離子方程式為2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

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(yīng) 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(yīng)I中加入NaHCO₃并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)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(yīng)生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵，以此解答該題．

解答 解：（1）將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng) Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，反應(yīng)后溶液中存在Fe²⁺、Al³⁺，故答案為：Fe²⁺、Al³⁺；
（2）制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應(yīng)Fe（OH）₂沉淀，根據(jù)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(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，而亞鐵離子不能生成沉淀，該工藝流程中“攪拌”的作用是加快反應(yīng)速率，
故答案為：Al³⁺；加快反應(yīng)速率；
（3）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，自身被還原生成NO，所以反應(yīng)Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價(jià)由+3價(jià)降低到+2價(jià)，得到1mol電子，1mol氧氣得到電子1mol×4=4mol，在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應(yīng)的O₂有11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），反應(yīng)過程中提供電子相等，則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的物質(zhì)的量=$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}}{1}$=2mol，
故答案為：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；氧化劑；2mol；
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的Fe（OH）²⁺離子，F(xiàn)e（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合離子，該水解反應(yīng)的離子方程式為 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備原理的設(shè)計(jì)，為高考常見題型，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力，題目難度中等，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和題給信息判斷可能發(fā)生的反應(yīng)，方程式的書寫為解答該題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，注意體會(huì)書寫方法．