题目内容
某工厂的废金属屑中主要成分为Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，该厂用上述废金属屑制取新型高效水处理剂K2FeO4（高铁酸钾）等产品，过程如下：
I：向废金属屑中加入过量的NaOH溶液，充分反应后过滤．该步骤中加入过量的NaOH溶液的目的是 ．
Ⅱ：向I所得固体中加入过量稀H2SO4，充分反应后过滤，经检验所得滤液中不含Fe3+，其原因是（用离子方程式表示） ．
Ⅲ：将Ⅱ所得滤液经进一步处理可制得Na2FeO4，流程如下：
（1）写出由Fe（OH）3制取Na2FeO4的化学方程式 ．
（2）测得滤液中c（Fe2+）为a mol?L-1，若要处理1m3滤液，理论上需要消耗25%的H2O2溶液 kg（用含a的代数式表示）．
Ⅳ：将一定量的Na2FeO4投入到KOH溶液，Na2FeO4可与KOH反应生成K2FeO4：
Na2FeO4+2KOH═K2FeO4+2NaOH
（1）该反应是在低温下进行的，说明此温度下Ksp（K2FeO4） Ksp（Na2FeO4）（填“＞”或“＜”或“=”）．
（2）K2FeO4在水溶液中易“水解”：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+8OH-+3O2．在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用 溶液（填序号）．
A．H2O B．CH3COONa、乙醇 C．NH4Cl、乙醇 D．Fe（NO3）3、乙醇
（3）K2FeO4处理水时，不仅能消毒杀菌，还能除去水体中的H2S、NH3等，生成的Fe（OH）3胶体还能吸附水中的悬浮杂质．根据污染物的实际情况向污水中加入适量的K2FeO4将污染物转化为无污染的物质，试写出K2FeO4处理含NH3的污水时与NH3反应的离子方程式 ．
I：向废金属屑中加入过量的NaOH溶液，充分反应后过滤．该步骤中加入过量的NaOH溶液的目的是
Ⅱ：向I所得固体中加入过量稀H2SO4，充分反应后过滤，经检验所得滤液中不含Fe3+，其原因是（用离子方程式表示）
Ⅲ：将Ⅱ所得滤液经进一步处理可制得Na2FeO4，流程如下：
（1）写出由Fe（OH）3制取Na2FeO4的化学方程式
（2）测得滤液中c（Fe2+）为a mol?L-1，若要处理1m3滤液，理论上需要消耗25%的H2O2溶液
Ⅳ：将一定量的Na2FeO4投入到KOH溶液，Na2FeO4可与KOH反应生成K2FeO4：
Na2FeO4+2KOH═K2FeO4+2NaOH
（1）该反应是在低温下进行的，说明此温度下Ksp（K2FeO4）
（2）K2FeO4在水溶液中易“水解”：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+8OH-+3O2．在“提纯”K2FeO4中采用重结晶、洗涤、低温烘干的方法，则洗涤剂最好选用
A．H2O B．CH3COONa、乙醇 C．NH4Cl、乙醇 D．Fe（NO3）3、乙醇
（3）K2FeO4处理水时，不仅能消毒杀菌，还能除去水体中的H2S、NH3等，生成的Fe（OH）3胶体还能吸附水中的悬浮杂质．根据污染物的实际情况向污水中加入适量的K2FeO4将污染物转化为无污染的物质，试写出K2FeO4处理含NH3的污水时与NH3反应的离子方程式
考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用
专题：实验设计题
分析：Ⅰ、废金属屑中主要成分为Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，向废金属屑中加入过量的NaOH溶液利用铝、氧化铝溶解于氢氧化钠溶液；
Ⅱ、氧化铁溶于盐酸生成氯化铁，同时混合物中的铁会还原氯化铁生成氯化亚铁；
Ⅲ、（1）铁元素的化合价从+3价升高到+6价失去3个电子，次氯酸钠中氯元素的化合价从+1价降低到-1 价，得到2个电子．因此根据电子得失守恒可知还原剂与氧化剂的物质的量之比=2：3；根据原子守恒可知，反应中还有水生成，依据原子守恒配平书写化学方程式；
（2）液中亚铁离子的物质的量是1000amol，生成氢氧化铁失去1000amol电子．双氧水在反应中氧元素的化合价从-1价降低到-2价，得到1个电子，因此1mol双氧水在反应中得到2mol电子，设需要双氧水溶液的质量是m，则根据电子得失守恒可知，
×2=1000amol，解得m=68000ag=68akg；
Ⅳ、（1）根据反应Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH可知，反应生成溶解度更小的物质；
（2）选择的洗涤剂应能抑制K2FeO4的水解，并注意减少K2FeO4的溶解；
（3）由题目信息可知，K2FeO4处理含有NH3污水时生成Fe（OH）3胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH．
Ⅱ、氧化铁溶于盐酸生成氯化铁，同时混合物中的铁会还原氯化铁生成氯化亚铁；
Ⅲ、（1）铁元素的化合价从+3价升高到+6价失去3个电子，次氯酸钠中氯元素的化合价从+1价降低到-1 价，得到2个电子．因此根据电子得失守恒可知还原剂与氧化剂的物质的量之比=2：3；根据原子守恒可知，反应中还有水生成，依据原子守恒配平书写化学方程式；
（2）液中亚铁离子的物质的量是1000amol，生成氢氧化铁失去1000amol电子．双氧水在反应中氧元素的化合价从-1价降低到-2价，得到1个电子，因此1mol双氧水在反应中得到2mol电子，设需要双氧水溶液的质量是m，则根据电子得失守恒可知，
| m×25% |
| 34g/mol |
Ⅳ、（1）根据反应Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH可知，反应生成溶解度更小的物质；
（2）选择的洗涤剂应能抑制K2FeO4的水解，并注意减少K2FeO4的溶解；
（3）由题目信息可知，K2FeO4处理含有NH3污水时生成Fe（OH）3胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH．
解答：
解：I：废金属屑中主要成分为Fe和Al，此外还含有少量Al2O3和Fe2O3，向废金属屑中加入过量的NaOH溶液利用铝、氧化铝溶解于氢氧化钠溶液，除去废金属屑中的Al和Al2O3；
故答案为：除去废金属屑中的Al和Al2O3；
II：向I所得固体中加入过量稀H2SO4，充分反应后过滤，经检验所得滤液中不含Fe3+，氧化铁溶于盐酸生成氯化铁，同时混合物中的铁会还原氯化铁生成氯化亚铁，反应的离子方程式：2Fe3++Fe=3Fe2+；
故答案为：2Fe3++Fe=3Fe2+；
Ⅲ、（1）铁元素的化合价从+3价升高到+6价失去3个电子，次氯酸钠中氯元素的化合价从+1价降低到-1 价，得到2个电子．因此根据电子得失守恒可知还原剂与氧化剂的物质的量之比=2：3；根据原子守恒可知，反应中还有水生成，依据原子守恒配平书写化学方程式，反应的化学方程式为：2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O；
故答案为：2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O；
（2）液中亚铁离子的物质的量是1000amol，生成氢氧化铁失去1000amol电子．双氧水在反应中氧元素的化合价从-1价降低到-2价，得到1个电子，因此1mol双氧水在反应中得到2mol电子．设需要双氧水溶液的质量是m，则根据电子得失守恒可知，
×2=1000amol，解得m=68000ag=68akg；
故答案为：68a；
IV：（1）根据反应Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH可知，反应生成溶解度更小的物质，说明此温度下Ksp（K2FeO4）＜Ksp（Na2FeO4），故答案为：＜；
（2）K2FeO4 在水溶液中易水解呈碱性，应选择碱性非水溶液抑制K2FeO4水解，进行洗涤．
A．K2FeO4在水溶液中易“水解”：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+8OH-+3O2，且容易损失，不能用水洗，故A错误；
B．CH3COONa、异丙醇，能抑制水解，减少洗涤损失，故B正确；
C．NH4Cl不能抑制水解，促进水解，故C错误；
D．Fe（NO3）3不能抑制水解，促进水解，故D错误，
故选：B；
（3）由题目信息可知，K2FeO4处理含有NH3污水时生成Fe（OH）3胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH，反应离子方程式为：2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-，或2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-；
故答案为：2FeO42-+2NH3+2H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-，或2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-．
故答案为：除去废金属屑中的Al和Al2O3；
II：向I所得固体中加入过量稀H2SO4，充分反应后过滤，经检验所得滤液中不含Fe3+，氧化铁溶于盐酸生成氯化铁，同时混合物中的铁会还原氯化铁生成氯化亚铁，反应的离子方程式：2Fe3++Fe=3Fe2+；
故答案为：2Fe3++Fe=3Fe2+；
Ⅲ、（1）铁元素的化合价从+3价升高到+6价失去3个电子，次氯酸钠中氯元素的化合价从+1价降低到-1 价，得到2个电子．因此根据电子得失守恒可知还原剂与氧化剂的物质的量之比=2：3；根据原子守恒可知，反应中还有水生成，依据原子守恒配平书写化学方程式，反应的化学方程式为：2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O；
故答案为：2Fe（OH）3+3NaClO+4NaOH=2Na2FeO4+3NaCl+5H2O；
（2）液中亚铁离子的物质的量是1000amol，生成氢氧化铁失去1000amol电子．双氧水在反应中氧元素的化合价从-1价降低到-2价，得到1个电子，因此1mol双氧水在反应中得到2mol电子．设需要双氧水溶液的质量是m，则根据电子得失守恒可知，
| m×25% |
| 34g/mol |
故答案为：68a；
IV：（1）根据反应Na2FeO4+2KOH=K2FeO4+2NaOH可知，反应生成溶解度更小的物质，说明此温度下Ksp（K2FeO4）＜Ksp（Na2FeO4），故答案为：＜；
（2）K2FeO4 在水溶液中易水解呈碱性，应选择碱性非水溶液抑制K2FeO4水解，进行洗涤．
A．K2FeO4在水溶液中易“水解”：4FeO42-+10H2O?4Fe（OH）3+8OH-+3O2，且容易损失，不能用水洗，故A错误；
B．CH3COONa、异丙醇，能抑制水解，减少洗涤损失，故B正确；
C．NH4Cl不能抑制水解，促进水解，故C错误；
D．Fe（NO3）3不能抑制水解，促进水解，故D错误，
故选：B；
（3）由题目信息可知，K2FeO4处理含有NH3污水时生成Fe（OH）3胶体，根据电子转移守恒可知，生成无污染的物质为氮气，由电荷守恒可知，还生成KOH，反应离子方程式为：2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-，或2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-；
故答案为：2FeO42-+2NH3+2H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-，或2FeO42-+2NH3?H2O=2Fe（OH）3（胶体）+N2↑+4OH-．
点评：本题考查物质的制备方案的设计，题目难度中等，解答本题时注意把握题给信息，学习中注重知识迁移能力的培养．
练习册系列答案
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已知在酸性溶液中，下列物质氧化KI时，自身发生如下变化：Fe3+→Fe2+；MnO4-→Mn2+；Cl2→2Cl-；KIO3→I2．如果分别用等物质的量的这些物质氧化足量的KI，得到I2最多的是（ ）
| A、Fe3+ |
| B、MnO4- |
| C、Cl2 |
| D、KIO3 |
下列物质不属于同素异形体的是 （ ）
| A、金刚石、石墨和C60 |
| B、苏打和小苏打 |
| C、单斜硫和斜方硫 |
| D、O2和臭氧（O3） |
下列说法中，正确的是（ ）
| A、水晶和陶瓷的主要成分都属于硅酸盐 |
| B、单质硅是制造光导纤维的材料 |
| C、硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料 |
| D、SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也水溶于任何酸 |
常温下，在溶液中可发生以下反应：①2Fe2++Br2═2Fe3++2Br-，②2Br-+Cl2═Br2+2Cl-，③2Fe3++2I-═2Fe2++I2；下列说法错误的是（ ）
| A、铁元素在反应①和③中均被氧化 |
| B、反应②中当有1mol Cl2被还原时，有2mol Br-被氧化 |
| C、氧化性强弱顺序为：Cl2＞Br2＞Fe3+＞I2 |
| D、还原性强弱顺序为：I-＞Fe2+＞Br-＞Cl- |