Question

【题目】聚合硫酸铁(PFS)是一种高效水处理剂，广泛应用于工业废水、城市污水、工业用水及生活饮用水等的净化处理。其一种合成方法流程如下：

回答下列问题

（1）聚合硫酸铁分子式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)x]m，其中Fe化合价为+3，则x=___________(用含n的代数式表示)。

（2）分离阶段通常使混合物经静置后倾去上层清液即可。清液中所含的主要离子是___________。

（3）在自然氧化阶段，经分离得到的絮状沉淀会被空气氧化。该阶段完成的标志是沉淀颜色变为___________。发生反应的化学方程式为______________________，为了使反应充分，还可以采取的措施有______________________(写一条即可)。

（4）在氧化阶段，发生的主要反应的离子方程式为_________________________________。反应要求必须在搅拌下缓缓加入双氧水，除了因为该反应放热，反应剧烈，为防止危险外，还因为_________________________________。

（5）为了检验所得产品中是否含有Fe2+ (不含其他还原性物质)，取少量样品完全溶于水，并加水稀释，此时溶液几乎无色。然后用0.01mol/L的酸性高锰酸钾标准溶液滴定。则滴定至终点时的实验现象是_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】3-0.5n NH4+、SO42- 红褐色 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe(OH)4 通入空气，不断搅拌，延长曝气时间等（合理即可） 2H++H2O2+2Fe2+=2Fe3++2H2O H2O2受热分解，造成原料浪费 溶液颜色由几乎无色变为粉红色，且半分钟内不褪色

【解析】

废铁屑的主要成分是Fe和氧化铁，用过量稀硫酸溶解后，过滤除去不溶酸的固体残渣，所得滤液主要含有Fe2+、SO42-及H+，其中一份滤液加入氨水调节溶液pH得Fe(OH)2白色沉淀，经过滤并自然氧化得到Fe(OH)3红褪色沉淀；另一份滤液中加入H2O2氧化溶液中的Fe2+得Fe3+，并将所得溶液与Fe(OH)3混合，经蒸发浓缩并冷却结晶得到聚合硫酸铁，据此分析解题。

(1)聚合硫酸铁分子式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)x]m，其中Fe化合价为+3，根据化合物中所有元素正负化合价代数和为0，则(+3)×2+(-1)×n+(-2)×x=0，解得：x=3-0.5n；(2)滤液中滴加氨水，分别与Fe2+、H+反应，生成Fe(OH)2白色沉淀，同时得到NH4+，另外原溶液中含有大量SO42-，分离所得清液中所含的主要离子是NH4+、SO42-；(3) Fe(OH)2白色沉淀在空气中被氧气氧化，先变为灰绿色，最终变为红褪色Fe(OH)3沉淀，发生反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)4，氧化阶段可通过搅拌增大反应接触面积，通入足量的空气或延长曝气时间等措施使反应更充分；(4) 酸性的滤液中加入H2O2氧化溶液中的Fe2+得Fe3+，发生的主要反应的离子方程式为2H++H2O2+2Fe2+=2Fe3++2H2O；因H2O2受热分解，反应过程中必须在搅拌下缓缓加入双氧水，避免造成原料浪费；(5) Fe2+有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化，溶液紫色会褪去，则滴定时当观察到溶液颜色由几乎无色变为粉红色，且半分钟内不褪色时即可判断滴定至终点。