Question

12．以工业废铁屑（含有一些不溶于酸的杂质）为原料生产硫酸钾、过二硫酸铵和氧化铁红颜料，其主要流程如
图：

（1）反应I加入NH₄HCO₃的作用是除去过量的酸，还有一个作用是沉淀Fe²⁺；
（2）操作①名称是过滤，检验反应Ⅱ溶液中阳离子的方法是取少许溶液于试管中，加入浓氢氧化钠溶液加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝色证明生成了氨气，原溶液中含铵根离子；
（3）工业生产上常在反应Ⅲ的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是降低K₂SO₄的溶解度，有利于K₂SO₄析出；
（4）己知FeCO₃的K_sp=2×10^-11，反应I中Fe²⁺完全沉淀后，溶液中c（CO₃^2-）=2×10^-6mol/L；
（5）写出FeCO₃在空气中锻烧的化学反应方程式4FeCO₃ +O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃ +4CO₂；
（6）NH₄Cl溶液显酸性，其浓溶液可用于除去铁锈，其原理是（用离子反应方程式表示）NH₄⁺+H₂O?NH₄•H₂O+H⁺、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．

Answer 1

分析 废铁屑加入稀硫酸溶解过滤得到硫酸亚铁溶液和不溶性杂质，FeSO₄溶液中加入碳酸氢铵经反应Ⅰ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，可生成铁红．反应Ⅰ过滤后的溶液中含有硫酸铵、未反应的碳酸氢铵，加入硫酸反应后溶液中含有硫酸铵，反应Ⅲ加入KCl利用溶解度不同，得到硫酸钾与氯化铵，再进行过滤分离，反应Ⅳ在电解条件得到（NH₄）₂S₂O₈与氢气，
（1）FeSO₄溶液中加入碳酸氢铵经反应Ⅰ可生成碳酸亚铁固体和硫酸铵溶液；
（2）分析可知操作①是分离固体和溶液的操作；反应Ⅱ溶液中阳离子为铵根离子，检验铵根离子失利用铵根离子和碱反应生成的氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝设计检验；
（3）K₂SO₄易溶于水，但难溶于有机溶剂，要想使K₂SO₄析出需加入醇类溶剂，降低其溶解度；
（4）FeCO₃的K_sp=2×10^-11，反应I中Fe²⁺完全沉淀后溶液中亚铁离子浓度小于10^-5mol/L，据此计算；
（5）空气中煅烧FeCO₃生成铁红，碳酸亚铁和氧气反应生成氧化铁和二氧化碳；
（6）NH₄Cl溶液因为水解原因呈酸性，氧化铁溶于酸生成铁离子和水．

解答 解：（1）FeSO₄溶液中加入碳酸氢铵经反应Ⅰ可生成碳酸亚铁固体和硫酸铵溶液，同时生成二氧化碳气体，加入NH₄HCO₃的作用是除去过量的酸，还有一个作用是沉淀亚铁离子，故答案为：沉淀Fe²⁺；
（2）操作①是分离固体和溶液的操作；反应Ⅱ溶液中阳离子为铵根离子，检验铵根离子失利用铵根离子和碱反应生成的氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝设计，取少许溶液于试管中，加入浓氢氧化钠溶液加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝色证明生成了氨气，原溶液中含铵根离子，
故答案为：过滤；取少许溶液于试管中，加入浓氢氧化钠溶液加热，用湿润的红色石蕊试纸检验，试纸变蓝色证明生成了氨气，原溶液中含铵根离子；
（3）由题目看出在Ⅲ反应中生成的K₂SO₄为固体，而K₂SO₄在无机溶剂中溶解度是比较大的，要想使K₂SO₄析出只能降低其溶解度所以加入醇类溶剂目的降低K₂SO₄的溶解度，故答案为：降低K₂SO₄的溶解度，有利于K₂SO₄析出；
（4）反应I中Fe²⁺完全沉淀后溶液中亚铁离子浓度小于10^-5mol/L，FeCO₃的K_sp=c（Fe²⁺）c（CO₃^2-）=2×10^-11，得到溶液中c（CO₃^2-）=2×10^-6mol/L，
故答案为：2×10^-6mol/L；
（5）空气中煅烧FeCO₃生成铁红，反应的方程式为4FeCO₃ +O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃ +4CO₂，
故答案为：4FeCO₃ +O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃ +4CO₂；
（6）NH₄Cl水解使溶液呈酸性，反应离子方程式为NH₄⁺+H₂O?NH₄•H₂O+H⁺；铁锈（Fe₂O₃）在酸性条件下生成三价铁离子，反应离子方程式为Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₄•H₂O+H⁺、Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．

点评 本题考查物质的制备，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意把握实验的流程和制备原理，题目难度中等．