Question

7．FeCl₃具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，聚合氯化铝铁的组成可表示为[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，处理污水比FeCl₃ 高效，且腐蚀性小．请回答下列问题：
（1）FeCl₃ 净水的原理是Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质（用必要的文字和离子方程式说明）．FeCl₃ 溶液腐蚀钢铁设备，除H⁺作用外，另一主要原因是（用离子方程式表示）Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）为节约成本，工业上用NaClO₃ 氧化酸性FeCl₂ 废液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂废液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2mol•L^-1，则该溶液中pH=2．
②完成NaClO₃ 氧化FeCl₂ 的离子方程式：
1ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=1Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（3）某工厂欲以工业废料（金属铝、铁及其氧化物）为原料制取[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，设计如下流程：

①[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中铁元素的化合价为+3．
②所得酸性溶液中，不能确定是否一定存在的阳离子是C（填字母）．
A．Al³⁺B．Fe²⁺
C．Fe³⁺D．H⁺
为证实该离子确实存在，可采取的操作是取少量待测液与试管中，滴入几滴KSCN溶液变成红色．
③往酸性溶液中加入试剂X的目的是把亚铁离子氧化成铁离子．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），据此溶液中氢离子的浓度，再根据pH=-lgc（H⁺）计算；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3；
（3）废料中加入过量稀盐酸，充分反应后得到甲溶液，甲溶液中含有AlCl₃，由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物质的量关系无法确定，则不能确定溶液中Fe元素的存在形成，不能确定是否存在Fe³⁺，加入X应为氧化剂，可将Fe²⁺生成Fe³⁺，加入NaOH溶液后，调节溶液pH，可生成目标物，以此解答该题，
①依据元素化合价代数和为0计算铁元素化合价；
②由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物质的量关系无法确定，则不能确定溶液中Fe元素的存在形成是否有Fe³⁺，依据铁离子的特征性质检验铁离子的存在；
③因[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中Fe为+3价，可起到净水剂的作用，则加入X应为氧化剂，可将Fe²⁺生成Fe³⁺．

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，反应的离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃胶体+3H⁺
；钢铁设备中的Fe会与铁离子反应生成亚铁离子，离子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，Fe³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃胶体+3H⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根据电荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-浓度很小，在这里可以忽略不计），则c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，则溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案为：2；
②氯酸钠氧化酸性的氯化亚铁，则反应物中有氢离子参加，则生成物中有水生成，Cl元素的化合价从+5价降低到-1价，得到6个电子，而Fe元素的化合价从+2价升高到+3价，失去1个电子，根据得失电子守恒，则氯酸根离子的系数为1，Fe²⁺的系数为6，则铁离子的系数也是6，氯离子的系数是1，根据电荷守恒，则氢离子的系数是6，水的系数是3，配平后离子方程式为：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；
（3）①设铁化合价是x，聚合氯化铝铁可表示为[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，由此合物内化合价和为0得：3+x-n-（6-n）=0；
x=3，所以PAFC中铁元素的化合价为+3；
故答案为：+3；
②由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物质的量关系无法确定，则不能确定溶液中Fe元素的存在形成是否有Fe³⁺，所得酸性溶液中，不能确定是否一定存在的阳离子为Fe³⁺，为证明该离子确实存在，取少量溶液加入KSCN溶液后溶液溶液呈血红色，证明含有Fe³⁺；
故答案为：C；取少量溶液加入KSCN溶液后溶液溶液呈血红色；
③因[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中Fe为+3价，可起到净水剂的作用，则加入X应为氧化剂，可将Fe²⁺生成Fe³⁺，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2 Cl^-，
故答案为：将Fe²⁺生成Fe³⁺．

点评 本题考查铁的化合物性质的应用、氧化还原反应方程式的配平、对图象的分析能力、平衡移动影响因素等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用难度，难度中等．