Question

1．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[Fe（OH）SO₄]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如下表：

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）反应I溶液中存在的金属阳离子有Fe²⁺、Al³⁺．
（2）加入NaHCO₃的目的是调节pH，使溶液中的Al³⁺（填“Fe³⁺”、“Fe²⁺”或“A1³⁺”）沉淀．该工艺流程中“搅拌”的作用是加快反应速率．
（3）反应II的离子方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．在实际生产中，反应II常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，O₂与NaNO₂在反应中均作为氧化剂．若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂物质的量为2mol．
（4）碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成${[{F{e_2}{{（{OH}）}_4}}]^{2+}}$聚合离子．该水解反应的离子方程式为2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

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，以此解答该题．

解答 解：（1）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，反应后溶液中存在Fe²⁺、Al³⁺，故答案为：Fe²⁺、Al³⁺；
（2）制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成应Fe（OH）₂沉淀，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，该工艺流程中“搅拌”的作用是加快反应速率，
故答案为：Al³⁺；加快反应速率；
（3）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，1molNaNO₂被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，1mol氧气得到电子1mol×4=4mol，在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），反应过程中提供电子相等，则相当于节约NaNO₂的物质的量=$\frac{\frac{11.2L}{22.4L/mol}}{1}$=2mol，
故答案为：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；氧化剂；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，该水解反应的离子方程式为 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

点评 本题考查制备原理的设计，为高考常见题型，侧重考查学生的分析能力、实验能力和计算能力，题目难度中等，注意根据物质的性质和题给信息判断可能发生的反应，方程式的书写为解答该题的难点，也是易错点，注意体会书写方法．