Question

10．碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH在4.4～7.5范围内．
（2）反应Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化亚铁离子，写出该反应的离子方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（3）实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂体积为11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂的物质的量为2mol．
（4）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe（OH）²⁺离子可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合离子，该水解反应的离子方程式为2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．
（5）为测定含Fe²⁺和Fe³⁺溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH＜3，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后，再用0.1000mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL．
已知：2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂ I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-
若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将会偏高 （填“偏高”“偏低”“不变”）

Answer 1

分析 废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反应I中加入NaHCO₃并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以滤渣中成分是Al（OH）₃，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性条件下，NaNO₂和FeSO₄发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，以此来解答．

解答 解：废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反应I中加入NaHCO₃并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以滤渣中成分是Al（OH）₃，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性条件下，NaNO₂和FeSO₄发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，
（1）根据氢氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之间将铝离子转化为Al（OH）₃沉淀，而亚铁离子不能生成沉淀，所以条件溶液的pH范围为4.4～7.5之间，
故答案为：4.4～7.5；
（2）酸性条件下，亚硝酸钠具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原生成NO，所以反应Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，发生反应的离子方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案为：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（3）实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂体积为11.2L（标准状况），O元素的化合价由0降低为-2，N元素的化合价由+3降低为+2，则由转移电子相等可知相当于节约NaNO₂的物质的量为$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}×2×（2-0）}{（3-2）}$=2mol，
故答案为：2mol；
（4）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）²⁺离子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合离子，该水解离子方程式为2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
（5）由2Fe³⁺+2I^-═2Fe²⁺+I₂、I₂+2S₂O₃^2-═2I^-+S₄O₆^2-可得：Fe³⁺～S₂O₃^2-，则n（Fe³⁺）=n（S₂O₃^2-）=0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，铁元素总含量为$\frac{56g/mol×0.002mol}{0.02L}$=5.6g/L；若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，H₂O₂也能氧化I^-生成I₂，则消耗硫代硫酸钠溶液体积偏大，可知所测结果偏高，
故答案为：偏高．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用及物质制备实验，为高频考点，把握物质的性质、流程中的反应及混合物分离方法、实验技能等为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度不大．