Question

1．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛．
（1）高铁酸钠（Na₂FeO₄）是水处理过程中的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在反应中被还原成三价铁离子达到净水的目的．按要求回答下列问题：
高铁酸钠主要通过如下反应制取：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，则X的化学式NaCl，反应中Fe被氧化．
（2）氧化铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃）的过程如图：

①酸溶过程中Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
②还原过程中加入FeS₂的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，请完成该反应的离子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
③氧化过程中，O₂、NaOH与Fe²⁺反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．

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

④为了确保铁红的质量和纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.2～3.8，如果pH过大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯（几种离子沉淀的pH见表）；滤液B可以回收的物质有（写化学式）Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

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

Answer 1

分析 （1）由元素、原子守恒可知X的化学式，Fe元素的化合价升高，则Cl元素的化合价降低；
（2）（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁、MgO属于碱性氧化物，Al₂O₃是两性氧化物，都能与酸反应生成盐和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反应，二氧化硅不和酸反应；
②FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，根据得失电子守恒和原子守恒书写离子反应式并配平；
③NaOH与Fe²⁺反应生成的氢氧化亚铁易被氧化；
④为了确保铁红的质量和纯度，调整溶液pH使Fe³⁺沉淀完全，而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀．

解答 解：（1）由反应及质量守恒定律可知，X为NaCl，Fe元素的化合价升高，失去电子被氧化，则Fe元素被氧化，
故答案为：NaCl；Fe；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①硫酸与氧化铁、Al₂O₃、MgO反应生成硫酸铁和水，方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，硫酸与Al₂O₃反应生成硫酸铝和水，方程式为Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，硫酸与MgO反应生成硫酸镁和水，方程式为MgO+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O，因二氧化硅不与硫酸反应，故“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂，故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16，则反应的离子方程式为FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：8；2；16H⁺；
③Fe²⁺与OH^-反应生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定易被氧气氧化为Fe（OH）₃，用化合价升价法配平方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④溶液pH＞3.2时Fe³⁺沉淀完全，溶液pH=3.8时Al³⁺开始沉淀，故溶液的pH的范围是3.2～3.8，根据几种离子沉淀的pH，如果pH过大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；滤液B可以回收的物质有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故答案为：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握制备流程、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识与实验的结合，题目难度不大．