Question

1．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛．
（1）高铁酸钠（Na₂FeO₄）是水处理过程中的一种新型净水剂，工业上利用NaClO 和NaOH的混合溶液将2Fe（OH）₃氧化性制备高铁酸钠，反应的化学方程式为2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；高铁酸钠能用作新型净水剂的原理是本身具有强氧化性可杀菌消毒，在反应中被还原成三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体净水；
（2）氧化铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃）的过程如下：
①酸溶过程中发生反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，
Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，MgO+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O；“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
②还原过程中加入FeS₂的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，请写出该反应的离子方程式FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
③氧化过程中，O₂、NaOH与Fe²⁺反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．
④为了确保铁红的质量和纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.2～3.8，

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH过大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯．

Answer 1

分析 （1）NaClO和NaOH的混合溶液将Fe（OH）₃氧化得到高铁酸钠，NaClO和NaOH的混合溶液将Fe（OH）₃氧化得到高铁酸钠，NaClO本身应该被还原为NaCl，结合质量守恒和原子守恒书写化学方程式，高铁酸钠本身具有强氧化性，还原产物Fe³⁺可水解得到胶体；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁、MgO属于碱性氧化物，Al₂O₃是两性氧化物，都能与酸反应生成盐和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反应，二氧化硅不和酸反应；
②FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，根据得失电子守恒和原子守恒书写离子反应式并配平；
③NaOH与Fe²⁺反应生成的氢氧化亚铁易被氧化；
④为了确保铁红的质量和纯度，调整溶液pH使Fe³⁺沉淀完全，而Al³⁺、Mg²⁺不沉淀，根据几种离子沉淀的pH分析．

解答 解：（1）NaClO和NaOH的混合溶液将Fe（OH）₃氧化得到高铁酸钠，发生反应的化学方程式为2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O，高铁酸钠本身具有强氧化性可杀菌消毒，在反应中被还原成三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体净水，故答案为：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O；本身具有强氧化性可杀菌消毒，在反应中被还原成三价铁离子水解生成氢氧化铁胶体净水；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①硫酸与氧化铁、Al₂O₃、MgO反应生成硫酸铁和水，方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，硫酸与Al₂O₃反应生成硫酸铝和水，方程式为：Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O，硫酸与MgO反应生成硫酸镁和水，方程式为：MgO+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O，因二氧化硅不与硫酸反应，故“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄═Al₂（SO₄）₃+3H₂O、MgO+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16，则反应的离子方程式为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，
故答案为：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺；
③Fe²⁺与OH^-反应生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定易被氧气氧化为Fe（OH）₃，用化合价升价法配平方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④溶液pH＞3.2时Fe³⁺沉淀完全，溶液pH=3.8时Al³⁺开始沉淀，故溶液的pH的范围是3.2～3.8，根据几种离子沉淀的pH，如果pH过大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；故答案为：3.2～3.8；Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯．

点评 本题通过制备铁红，考查了物质制备方案的设计及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，明确制备流程及化学实验基本操作方法为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．