Question

9．氧化铁是一种红色的颜料，在工业上常以富含硫酸亚铁的废液为原料生产氧化铁，其主要流程如下：
废液$→_{①}^{提纯、结晶}$FeSO₄•7HO₂$\stackrel{②}{→}$FeSO₄溶液$→_{③}^{NH_{4}HCO_{3}溶液}$FeCO₃$\stackrel{④}{→}$Fe₂CO₃
已知步骤①中硫酸亚铁在不同温度下的溶解度和析出晶体的组成如下表所示．

温度/℃	0	10	30	50	56.7		60	64		70	80	90
溶解度/g	14.0	17.0	25.0	33.0	35.2		35.3	35.6		33.0	30.5	27.0
析出晶体	FeSO4•7H2O					FeSO4•4H2O			FeSO4•H2O

若从硫酸亚铁溶液中结晶出FeSO₄•7H₂O，控制的温度（t）为t＜56.7℃；
（1）步骤②需加一定量硫酸，其主要目的是抑制FeSO₄的水解；
（2）生产FeCO₃浊液的离子方程式为Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（3）FeCO₃浊液露置在空气中会出现红褐色的固体，该变化的化学方程式为4FeCO₃+6H₂O+O₂═4Fe（OH）₃+4CO₂；
（4）已知FeSO₄•7H₂O晶体在加热条件下发生反应，其中一种生成物会用于涂料中的着色剂．请写出
FeSO₄•7H₂O分解的反应式FeSO₄•7H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+14H₂O↑；利用如图装置可检验该反应的气体产物．

请填写下列空白：
①仪器的连接顺序为a 接f（或g）、g（或f）接d、e接h、i接b；
②装置C中的X为氯化钡溶液．

Answer 1

分析 以富含硫酸亚铁的废液为原料生产氧化铁，其主要流程：废液结晶得到FeSO₄•7H₂O，加一定量硫酸溶解，抑制FeSO₄的水解，加入碳酸氢铵，FeSO₄溶液中加入碳酸氢铵经反应可生成碳酸亚铁固体和硫酸铵溶液，碳酸亚铁固体经洗涤、干燥，在空气中灼烧时发生分解，且与空气中的氧气发生氧化还原反应，可生成Fe₂O₃，依据图表数据分析，析出晶体FeSO₄•7H₂O的温度范围；
（1）亚铁离子水解显酸性，加一定量硫酸能抑制水解；
（2）亚铁离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳、水；
（3）FeCO₃与氧气、水反应生成氢氧化铁和二氧化碳；
（4）实验装置A中FeSO₄•7H₂O分解生成的有二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，B装置吸收尾气，C装置冷却是为了吸收三氧化硫，D装置无水硫酸铜检验产无水，E装置品红溶液检验SO₂，
①分解生成的有二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，利用图3装置可检验该反应的气体产物，先利用D装置检验生成的水蒸气，通过C装置冷却是为了吸收三氧化硫，通过装置E检验二氧化硫气体的存在，最后剩余气体通过B装置吸收尾气；
②装置C中是氯化钡溶液．

解答 解：以富含硫酸亚铁的废液为原料生产氧化铁，其主要流程：废液结晶得到FeSO₄•7H₂O，加一定量硫酸溶解，抑制FeSO₄的水解，加入碳酸氢铵，FeSO₄溶液中加入碳酸氢铵经反应可生成碳酸亚铁固体和硫酸铵溶液，碳酸亚铁固体经洗涤、干燥，在空气中灼烧时发生分解，且与空气中的氧气发生氧化还原反应，可生成Fe₂O₃，依据图表数据分析，0℃时析出晶体FeSO₄•7H₂O14g，t＞56.7℃时析出晶体FeSO₄•4H₂O，所以析出晶体FeSO₄•7H₂O的温度范围应为t＜56.7℃，
故答案为：t＜56.7℃；
（1）步骤②需加一定量硫酸，除了保证铁屑充分反应外，由于亚铁离子水解显酸性，加过量硫酸，增大H⁺浓度，使Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺的平衡向逆反应方向移动，从而抑制Fe²⁺的水解；
故答案为：抑制FeSO₄的水解；
（2）亚铁离子与碳酸氢根离子反应生成碳酸亚铁沉淀和二氧化碳、水，其反应的离子方程式为：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-═FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（3）FeCO₃与氧气、水反应生成氢氧化铁和二氧化碳，其化学方程式为：4FeCO₃+6H₂O+O₂═4Fe（OH）₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+6H₂O+O₂═4Fe（OH）₃+4CO₂；
（4）实验装置A中FeSO₄•7H₂O分解生成的有二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，反应方程式为FeSO₄•7H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+14H₂O↑，B装置吸收尾气，C装置冷却是为了吸收三氧化硫，D装置无水硫酸铜检验产无水，E装置品红溶液检验SO₂，
故答案为：FeSO₄•7H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+14H₂O↑；
①分解生成的有二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，利用图3装置可检验该反应的气体产物，先利用D装置检验生成的水蒸气，通过C装置冷却是为了吸收三氧化硫，通过装置E检验二氧化硫气体的存在，最后剩余气体通过B装置吸收尾气，仪器的连接顺序为a、f（或g）、g（或f）、d、e、h、i、b，
故答案为：f（或g）；g（或f）；d；e；h；i；b；
②通过C装置冷却是为了吸收三氧化硫，装置C中的X为吸收三氧化硫的氯化钡溶液，
故答案为：氯化钡溶液．

点评 本题考查生产氧化铁化学工业流程、FeSO₄•7H₂O受热产物的检验，主要是物质性质和制备性质的理解和实验基本操作的分析判断，侧重于考查学生对所学知识的应用能力，及实验探究能力，题目难度中等．