Question

3．鐵的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用，是人類發(fā)展史上的一個(gè)光輝里程碑，它把人類從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代帶到了鐵器時(shí)代，推動(dòng)了人類文明的發(fā)展．
（1）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是水處理過程中的一種新型凈水劑，它的氧化性比高錳酸鉀更強(qiáng)，本身在反應(yīng)中被還原成三價(jià)鐵離子達(dá)到凈水的目的．按要求回答下列問題：
高鐵酸鈉主要通過如下反應(yīng)制�。�2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，則X的化學(xué)式NaCl，反應(yīng)中被氧化的物質(zhì)是Fe（OH）₃（寫化學(xué)式）．
（2）鐵紅顏料跟某些油料混合，可以制成防銹油漆．以黃鐵礦為原料制硫酸產(chǎn)生的硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃）的過程如圖：

①酸溶過程中Fe₂O₃與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO₂．
②還原過程中加入FeS₂的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為H₂SO₄，請(qǐng)完成該反應(yīng)的離子方程式：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
③氧化過程中，O₂、NaOH與Fe²⁺反應(yīng)的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．
④為了確保鐵紅的質(zhì)量和純度，氧化過程需要調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8，

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH過大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純（幾種離子沉淀的pH見表）；濾液B可以回收的物質(zhì)有（寫化學(xué)式）Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)元素守恒判斷X的化學(xué)式；反應(yīng)中化合價(jià)升高被氧化；
（2）硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應(yīng)的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵屬于堿性氧化物，與酸反應(yīng)生成鹽和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反應(yīng)，二氧化硅不和酸反應(yīng)；
②根據(jù)得失電子守恒和原子守恒來配平；
③NaOH與Fe²⁺反應(yīng)生成的氫氧化亞鐵易被氧化；
④根據(jù)幾種離子沉淀的pH分析；因加入的是氫氧化鈉來調(diào)節(jié)PH，所以濾液B中應(yīng)是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉．

解答 解：（1）2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，根據(jù)元素守恒可知X的化學(xué)式為NaCl；反應(yīng)中Fe（OH）₃中的Fe元素是化合價(jià)升高被氧化；
故答案為：NaCl；Fe（OH）₃；
（2）硫酸渣中含F(xiàn)e₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應(yīng)的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價(jià)鐵沉淀，而二價(jià)鎂，三價(jià)鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵與硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不與硫酸反應(yīng)，故“濾渣A”主要成份的化學(xué)式為SiO₂．
故答案為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合價(jià)從-1價(jià)升高到+6價(jià)，2個(gè)S原子轉(zhuǎn)移14個(gè)電子，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)移1個(gè)電子，則二者的計(jì)量數(shù)之比為1：14，根據(jù)S守恒可知SO₄^2-前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2，根據(jù)氧守恒可知H₂0前面化學(xué)計(jì)量數(shù)為8，根據(jù)H守恒可知H+前化學(xué)計(jì)量數(shù)為16，則反應(yīng)的離子方程式為：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
故答案為：1、14、8、15、2、16H⁺；
③Fe²⁺與OH^-反應(yīng)生成4Fe（OH）₂，F(xiàn)e（OH）₂不穩(wěn)定易被氧氣氧化為Fe（OH）₃，用化合價(jià)升價(jià)法配平方程式，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④根據(jù)幾種離子沉淀的pH，如果pH過大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質(zhì)有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

點(diǎn)評(píng) 本題通過制備鐵紅，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法的綜合應(yīng)用，題目難度中等，明確制備流程及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法為解答關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>