Question

8．铁及其化合物在工农业生产、环境保护等领域中有着重要的作用．
（1）硫酸铁铵[NH₄Fe（SO₄）₂•12H₂O]广泛用于城镇生活饮用水、工业循环水的净化处理等．写出硫酸铁铵溶液中离子浓度的大小顺序c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
（2）FeSO₄/KMnO₄工艺与单纯混凝剂[FeCl₃、Fe₂（SO₄）₃]相比，大大降低了污水处理后水的浑浊度，显著提高了对污水中有机物的去除率．二者的引入并未增加沉降后水中总铁和总锰浓度，反而使二者的浓度降低，原因是在此条件下（pH约为7）KMnO₄可将水中Fe²⁺、Mn²⁺氧化为固相的+3价铁和+4价锰的化合物，进而通过沉淀、过滤等工艺将铁、锰除去．已知：K_sp（Fe（OH）₃=4.0×10^-38，则沉淀过滤后溶液中c（Fe³⁺）约为4.0×10^-17mol•L^-1．写出生成+4价固体锰化合物的反应的离子方程式2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂+4H⁺．
（3）新型纳米材料ZnFe₂O_x，可用于除去工业废气中的某些氧化物．制取新材料和除去废气的转化关系如图1：

①用ZnFe₂O_x除去SO₂的过程中，氧化剂是SO₂．
②用ZnFe₂O_x除去NO₂的过程中，若x=3，则消除1mol NO₂，需要ZnFe₂O_x的质量为450 g．
③用ZnFe₂O₄制取ZnFe₂O_x的过程中，若x=3.5，则ZnFe₂O₄与H₂反应的物质的量之比为2：1．
（4）工业上常采用如图2所示电解装置，利用铁的化合物将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫．通电电解，然后通入H₂S时发生反应的离子方程式为：2[Fe（CN）₆]^3-+2CO${\;}_{3}^{2-}$+H₂S=2[Fe（CN）₆]^4-+2HCO${\;}_{3}^{-}$+S↓．电解时，阳极的电极反应式为[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；电解过程中阴极区溶液的pH变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）Fe²⁺的水解程度大于NH₄⁺，水解程度越大，离子浓度越小，Fe²⁺和NH₄⁺水解溶液显酸性；
（2）溶液pH约为7，c（OH^-）=10^-7mol/L，根据K_sp（Fe（OH）₃=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）计算；KMnO₄将Mn²⁺氧化为固相的+4价锰的化合物，则生成二氧化锰；
（3）①根据化合价的变化判断氧化剂；
②用ZnFe₂O_x除去NO₂的过程中，若x=3，则铁显+2价，将NO₂还原为氮气，根据电子得失守恒有关系式2ZnFe₂O_x～NO₂，据此计算ZnFe₂O_x的质量；
③用ZnFe₂O₄制取ZnFe₂O_x的过程中，若x=3.5，则ZnFe₂O_x中铁显+2.5价，根据电子得失守恒计算ZnFe₂O₄与H₂反应的物质的量之比；
（4）电解时阳极发生失电子的氧化反应，将[Fe（CN）₆]^4-转化为Fe（CN）₆]^3-，化合价升高；阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，据此判断．

解答 解：（1）硫酸铁铵[NH₄Fe（SO₄）₂•12H₂O]溶于水形成的溶液中，Fe³⁺和NH₄⁺水解溶液显酸性，Fe³⁺的水解程度大于NH₄⁺，水解程度越大，离子浓度越小，所以c（NH₄⁺）＞c（Fe²⁺），硫酸根离子不水解，浓度最大，所以溶液中离子浓度关系c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Fe³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
（2）溶液pH约为7，c（OH^-）=10^-7mol/L，K_sp（Fe（OH）₃=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，则c（Fe³⁺）=$\frac{4.0×10{\;}^{-38}}{（10{\;}^{-7}）^{3}}$=4.0×10^-17mol/L；KMnO₄将Mn²⁺氧化为固相的+4价锰的化合物，则生成二氧化锰，其反应的离子方程式为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂+4H⁺；
故答案为：4.0×10^-17；2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂+4H⁺；
（3）①新型纳米材料ZnFe₂O_X可由化合物ZnFe₂O₄经高温还原制得，故ZnFe₂O_X和SO₂反应得到ZnFe₂O₄过程中铁的化合价升高，也可由①计算可知，故ZnFe₂O_X作还原剂，则SO₂作氧化剂；
故答案为：SO₂；
②用ZnFe₂O_x除去NO₂的过程中，若x=3，则铁显+2价，将NO₂还原为氮气，根据电子得失守恒有关系式2ZnFe₂O_x～NO₂，所以消除1mol NO₂时，消耗ZnFe₂O_x的物质的量为2mol，所以ZnFe₂O_x的质量为2mol×225g/mol=450g，
故答案为：450；
③用ZnFe₂O₄制取ZnFe₂O_x的过程中，若x=3.5，则ZnFe₂O_x中铁显+2.5价，ZnFe₂O₄中铁显+3价，氢气由0价变为+1价，根据电子得失守恒可知关系式：2ZnFe₂O₄～H₂，ZnFe₂O₄与H₂反应的物质的量之比为2：1，
故答案为：2：1；
（4）电解时，阳极的电极反应式为[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-，电解时阴极反应式为2HCO₃^-+2 e^-═H₂↑+2CO₃^2-，由于CO₃^2-的水解程度大于HCO₃^-，所以碱性增强，则pH变大；
故答案为：[Fe（CN）₆]^4--e^-═[Fe（CN）₆]^3-；变大．

点评 本题考查了离子浓度大小比较、氧化还原反应、溶度积常数的计算及电解等，题目综合性较强，注重对学生综合能力的考查，把握习题中的信息及迁移应用为解答的关键，题目难度中等．