Question

10．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]的工艺流程如图：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如表：

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

回答下列问题：
（1）流程中加入少量NaHCO₃的目的是调节pH，使溶液中的Al³⁺（填“Fe³⁺”“Fe²⁺”或“Al³⁺”）沉淀，则调节pH的范围是4.4-7.5．
（2）在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，O₂与NaNO₂在反应中均作氧化剂．若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂的物质的量为2mol．用NaNO₂的缺点是产生NO污染，若用双氧水代替NaNO₂发生反应的离子方程式是Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O．
（3）碱式硫酸铁溶于水后产生的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为2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺．
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁．根据我国质量标准，产品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．为检验所得产品中是否含有Fe²⁺，应使用的试剂为D（填字母）．
A．氯水  B．KSCN溶液  C．NaOH溶液  D．酸性KMnO₄溶液．

Answer 1

分析 （1）根据题给流程可知，反应I溶液中存在的金属阳离子有Fe²⁺、Al³⁺，所以加入NaHCO₃的目的是调节pH，使溶液中的Al³⁺沉淀；根据表中数据知判断调节pH的范围；
（2）反应II中要将亚铁离子氧化为铁离子，据此判断O₂与NaNO₂在反应的作用；
1mol氧气在反应中得到4个电子，亚硝酸钠中氮元素的化合价是+3价，其还原产物中氮元素的化合价是+2价，得到1个电子，根据电子守恒计算；根据电子守恒形成用双氧水代替NaNO₂的离子方程式；
（3）[Fe（OH）]²⁺离子可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子，则根据电荷守恒可知一定还有氢离子生成，据此写出反应的离子方程式；
（4）产品中含有Fe³⁺，检验所得产品中是否含有Fe²⁺，可用酸性KMnO₄溶液．

解答 解：（1）根据题给流程分析，反应Ⅰ中稀硫酸与铁、氧化铝、氧化铁反应的生成物分别是硫酸亚铁和氢气、硫酸铝和水、硫酸铁和水；由于铁是过量的，所以生成的硫酸铁继续与铁反应生成硫酸亚铁，因此反应I溶液中存在的金属阳离子有Fe²⁺、Al³⁺，所以加入NaHCO₃的目的是调节pH，使溶液中的Al³⁺沉淀；
分析题给数据知，pH=4.4时氢氧化铝完全沉淀，pH=7.5时氢氧化亚铁开始沉淀，所以调节pH的范围应该为：4.4-7.5，
故答案为：Al³⁺；4.4-7.5；
（2）反应II中要将亚铁离子氧化为铁离子，所以O₂与NaNO₂在反应中均作为氧化剂；
标准状况下11.2L氧气的物质的量是：$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1mol氧气在反应中得到4个电子，所以0.5mol氧气可以得到2mol电子．亚硝酸钠中氮元素的化合价是+3价，其还原产物中氮元素的化合价是+2价，得到1个电子，根据电子守恒可知，相当于是节省了2mol亚硝酸钠；
用双氧水代替NaNO₂发生反应的离子方程式为：Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O，
故答案为：氧化剂；2mol；Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O；
（3）[Fe（OH）]²⁺离子可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子，则根据电荷守恒可知一定还有氢离子生成，则反应的离子方程式为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺，
故答案为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺；
（4）因为产品中含有Fe³⁺，检验所得产品中是否含有Fe²⁺，可利用其还原性，应使用的试剂为酸性KMnO₄溶液，故D正确，
故答案为：D．

点评 本题考查制备方案的设计，题目难度中等，涉及物质制备工艺流程的有关判断、氧化还原反应的应用与计算等知识，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．