Question

6．FeCl₃ 具有净水作用，但腐蚀设备，而聚合氯化铁是一种新型的絮凝剂，处理污水比FeCl₃ 高效，且腐蚀性小．（已知25℃Ksp[Fe（OH）₃]=4.010^-38    lg2=0.3   ）
请回答下列问题：
（1）FeCl₃ 净水的原理是Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃胶体+3H⁺．（用离子方程式表示），Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，常温下此反应的平衡常数为2.5×10^-5（填写数值）．
（2）将FeCl₃ 溶液与NaHCO₃溶液混合，其离子方程式为Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（3）25℃时pH=3的溶液中，c（Fe³⁺）=4×10^-5mol•L^-1要使Fe³⁺沉淀完全，pH应大于3.2
（4）FeCl₃ 在溶液中分三步水解：
Fe³⁺+H₂O?Fe（OH）²⁺+H⁺ K₁
Fe（OH）²⁺+H₂O?Fe（OH）₂⁺+H⁺ K₂
Fe（OH）⁺+H₂O?Fe（OH）₃+H⁺ K₃
以上水解反应的平衡常数K₁、K₂、K₃由大到小的顺序是K₁＞K₂＞K₃．
通过控制条件，以上水解产物聚合，生成聚合氧化铁，离子方程式为：
xFe³⁺+yH₂O?Fe_x（OH）_y^（3x-y）++yH⁺ 欲使平衡正向移动可采用的方法是（填序号）bd．
a．降温   b．加水稀释  c．加入NH₄Cl   d．加入NaHCO₃
（5）FeCl₃溶液可腐蚀印刷电路板，其反应为Cu+2FeCl₃═CuCl₂+2FeCl₂ 要将此反应设计在原电池中进行，则正极反应式为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用；由Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃胶体+3H⁺，K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$，分析解答；
（2）NaHCO₃溶液和FeCl₃溶液混合发生双水解生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体；
（3）据氢氧化铁的溶度积常数和Fe³⁺沉淀完全的浓度为c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1，计算氢氧根离子浓度得到溶液最小pH；
（4）铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小；
控制条件使平衡正向移动，水解为吸热反应，所以降温平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，平衡正向移动；
（5）正极上铁离子得电子发生还原反应，其正极电极反应式为极：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案为：Cu-2e^-=Cu²⁺；2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺；

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃胶体粒子能吸附水中的悬浮杂质，可起到净水的作用，离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃胶体+3H⁺，K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{{K}_{w}^{3}}{Ksp[Fe（OH）_{3}]}$=$\frac{（1×1{0}^{-14}）^{3}}{4×1{0}^{-38}}$=2.5×10^-5，故答案为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃胶体+3H⁺；2.5×10^-5；
（2）NaHCO₃溶液和FeCl₃溶液混合发生双水解生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体；反应的离子方程式为：Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案为：Fe³⁺+3HCO₃^-=Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（3）25℃时pH=3的溶液中，c（Fe³⁺）=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-11}）^{3}}$=4×10^-5；常温时，Fe（OH）₃的K_sp=1×10^-38，要使溶液中的Fe³⁺沉淀完全，残留在溶液中的c（Fe³⁺）＜10^-5mol•L^-1；
Ksp=c（Fe³⁺）c³（OH^-）=10^-5×c³（OH^-）=4×10^-38
c（OH^-）=10^-11mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-11}}$=10^-3mol/L，
溶液PH=3.2；
故答案为：4×10^-5；3.2；
（4）铁离子的水解分为三步，且水解程度逐渐减弱，所以水解平衡常数逐渐减小，则K₁＞K₂＞K₃；
控制条件使平衡正向移动，使平衡正向移动，因为水解为吸热反应，所以降温，平衡逆向移动；加水稀释，则水解平衡也正向移动；加入氯化铵，氯化铵溶液为酸性，氢离子浓度增大，平衡逆向移动；加入碳酸氢钠，则消耗氢离子，所以氢离子浓度降低，平衡正向移动，故选bd；
故答案为：K₁＞K₂＞K₃；bd；
（5）正极上铁离子得电子发生还原反应，其正极电极反应式为极：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，故答案为：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

点评 本题考查铁的化合物性质的应用、氧化还原反应方程式的配平、对图象的分析能力、平衡移动影响因素等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用难度，难度中等．