Question

19．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，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血．工业上利用废铁屑（含少量铝）生产碱式硫酸铁的工
艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）碱式硫酸铁能够净水的原因是能水解生成吸附能力很强的胶体．
（2）已知，常温下部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下表．假设沉淀完全时溶液中金属离子的浓度为1×10^-5 mol•L^-1，估算K_sp[Fe（OH）₂]=1×10^-15．生产碱式硫酸铁的过程中，加入少量NaHCO₃
调溶液pH=6的目的是调节溶液的pH促进Al³⁺水解转化为沉淀完全除去．

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al （OH）3
开始沉淀时的pH	7.0	1.9	3.4
完全沉淀时的pH	9.0	3.2	4.7

（3）反应II的离子方程式是Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺═Fe³⁺+NO↑+H₂O，在实际生产中，常同时通入O₂以减少反应II中NaNO₂的用量．若实际生产中需要节约1.38t的NaNO₂用量，则应通入标准状况下的O₂112m³．
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁．根据我国质量标准，产品中不得含有Fe²⁺及NO${\;}_{3}^{-}$．某同学根据提供的试剂设计实验检验所得产品中不含Fe²⁺，含有 SO${\;}_{4}^{2-}$，可供选择的试剂如下：
A．新制氯水         B．0．l mol/L KSCN溶液         C．10%NaOH溶液
D．20%HNO₃溶液   E．0.05mol/L酸性KMnO₄溶液          F．0．l mol/L BaCl₂溶液
请你帮助该同学完成实验，将相关项目填入下表：

实验操作	现象	结论
取适量产品于洁净烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌，静置，滤去沉淀．	得黄棕色溶液
取少量溶液于试管中，滴加溶液 ①0.05mol/L酸性高锰酸钾；	②溶液不褪色；	溶液中不含Fe2+
取少量溶液于试管中，滴加0.1 mol/L BaCl2溶液，再滴加20% HNO3溶液	③产生白色沉淀；	溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$

Answer 1

分析 （1）依据氢氧化铁胶体具有吸附悬浮杂质的作用分析净水原理；
（2）沉淀完全时溶解时溶液中金属离子的浓度为1.0×10^-5mol/L，氢氧化亚铁完全沉淀的PH=9，结合离子积常数和溶度积常数计算得到；加入少量NaHCO₃调溶液pH=6的目的是把溶液中的铝离子全部沉淀；
（3）流程分析反应Ⅱ是亚硝酸钠在酸溶液中氧化亚铁离子为铁离子，依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，原子守恒配平写出；依据氧化还原反应电子守恒计算；
（4）证明不含有亚铁离子需要选择高锰酸钾溶液褪色与否进行实验验证，证明含有硫酸根离子的实验是依据硫酸根离子检验方法选择试剂检验，根据提供的试剂需要选择氯化钡溶液和稀硝酸．

解答 解：（1）碱式硫酸铁能够净水的原因是，碱式硫酸铁在溶液中铁离子水解生成了具有较强吸附能量的氢氧化铁胶体，吸附悬浮在水中杂质的起到净水作用；
故答案为：能水解生成具有吸附能力较强的胶体；
（2）沉淀完全时溶解时溶液中金属离子的浓度为1.0×10^-5mol/L，氢氧化亚铁完全沉淀的PH=9，c（H⁺）=10^-9mol/L，c（OH^-）=10^-5mol/L，依据溶度积常数计算方法得到Ksp=c（Fe²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-5mol/L×（10^-5mol/L）²=1×10^-15（mol/L）³；加入少量NaHCO₃调溶液pH=6的目的是把溶液中的铝离子全部沉淀；
故答案为：1×10^-15（mol/L）³；调节溶液PH促进Al³⁺水解转化为沉淀除去；
（3）分析反应Ⅱ是亚硝酸钠在酸溶液中氧化亚铁离子为铁离子，依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，原子守恒写出的离子方程式为：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；在实际生产中，常同时通入O₂以减少反应II中NaNO₂的用量．若实际生产中需要节约1.38t的NaNO₂用量，物质的量=$\frac{1.38t}{69g/mol}$=2×10⁴mol，转移电子2×10⁴mol，依据电子守恒计算：
4NaNO₂～4NO～4e^-～O₂～4e-
4                 1
2×10⁴mol        n（O₂）
 n（O₂）=5×10³mol
V（O₂）=5×10³mol×22.4mol/L=1.12×10⁵L=112m³；
则应通入标准 状况下的0₂ 的体积为112m³；
故答案为：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；112；
（4）根据提供的试剂设计实验检验所得产品中不含 Fe²⁺，含有SO₄^2-，实验证明不含有亚铁离子需要选择高锰酸钾溶液褪色与否进行实验验证，证明含有硫酸根离子的实验是依据硫酸根离子检验方法选择试剂检验，具体步骤为：取适量产品于洁净烧杯中，加入适量蒸馏水，充分搅拌，静置，滤去沉淀，得黄棕色溶液，取少量溶液于试管中，滴加0.05mol/l的酸性高锰酸钾溶液，溶液不褪色证明溶液中不含Fe²⁺，取少量溶液于试管中，滴加0.1mol/L的BaCl₂ 溶液，再加入20% HNO₃ 溶液，白色沉淀，溶液中含有SO₄^2-；
故答案为：

操  作	现  象
0.05 mol/L酸性高锰酸钾溶液	溶液不褪色
	产生白色沉淀

点评 本题考查了实验制备物质的分析应用，离子检验方法和设计，化学方程式，氧化还原反应电子守恒的计算式解题关键，题目难度中等．