Question

8．碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]可用作净水剂、媒染剂、颜料和药物．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生成碱式硫酸铁的部分工艺如图：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶剂的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

（1）反应Ⅰ中发生的氧化还原反应的离子方程式是Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（2）反应Ⅱ中加入NaHCO₃调节体系PH在4.4≤pH＜7.5 范围内．
（3）反应Ⅲ中生成的气体遇空气变红棕色，则反应Ⅲ中发生反应的离子方程式是2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（4）反应Ⅲ中通入氧气可减少NaNO₂的用量，若消耗1mol氧气可节约n（NaNO₂）=4mol．
（5）用硫酸控制体系的PH，若硫酸加入量过小，容易生成沉淀；若硫酸加入量过大，不利于产品形成，用化学平衡移动原理分析其原因是过量的硫酸与Fe（OH）SO₄电离出来的OH^-中和，使电离平衡向右移动，不利于产物生成．
（6）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）${\;}_{4}^{2+}$聚合离子，该水解反应的离子方程式是2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 废铁屑（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Ⅱ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）Fe为活泼金属，可与酸反应生成氯化亚铁和氢气，氧化铁与酸反应生成铁离子，铁离子可以氧化Fe反应生成硫酸亚铁；
（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，控制pH在4.4≤pH＜7.5之间，
（3）反应Ⅲ中生成的气体空气变红棕色是生成一氧化氮气体，反应Ⅲ是亚铁离子被亚硝酸钠酸性溶液中发生氧化还原反应生成硝酸铁，一氧化氮和水；
（4）n（O₂）=1mol，则得到电子1mol×4=4mol，1molNaNO₂被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则需要4molNaNO₂；
（5）Fe³⁺沉淀完全时的pH=3.1，若酸度太低，碱性增强，易生成氢氧化铁沉淀；若加入硫酸过大，氢离子浓度增大，会中和Fe（OH）SO₄中的氢氧根离子，不利于碱式硫酸铁的生成；
（6）[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）活泼金属，可与酸反应，反应的离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，氧化铁与酸反应生成铁离子，铁离子可以氧化Fe，离子方程式为：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，
故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（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，控制pH在4.4≤pH＜7.5之间，
故答案为：4.4≤pH＜7.5；
（3）NaNO₂可氧化亚铁离子为铁离子，本身变为NO，故反应方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案为：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（4）n（O₂）=1mol，则得到电子1mol×4=4mol，1molNaNO₂被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则需要4molNaNO₂，
故答案为：4；
（5）Fe³⁺沉淀完全时的pH=3.1，若酸度太低，碱性增强，易生成氢氧化铁沉淀；若加入硫酸过大，氢离子浓度增大，会中和Fe（OH）SO₄电离的氢氧根离子，Fe（OH）SO₄?Fe²⁺+2OH^-+SO₄^2-，使电离平衡向右移动，不利于碱式硫酸铁的生成；
故答案为：过量的硫酸与Fe（OH）SO₄电离出来的OH^-中和，使电离平衡向右移动，不利于产物生成；
（6）[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺，
故答案为：2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．

点评 本题考查工艺流程、对条件的控制选择、物质的分离提纯等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．