Question

17．铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛，研究铁及其化合物的应用意义重大．
Ⅰ、工业上一般以铁矿石、焦炭、石灰石和空气等为原料在高炉中炼制生铁
（1）高炉炼铁过程中加入石灰石的主要目的是将矿石中的二氧化硅等转变为炉渣．
（2）写出在高炉中铁矿石（以磁铁矿为例）被还原成单质铁的化学方程式Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．
Ⅱ、碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]是一种用语污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

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

（3）写出反应Ⅰ中发生的置换反应的离子方程式Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（4）加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液的pH，应控制pH的范围区间为[4.4～7.5）．
（5）在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若通入2.8LO₂（标准状况），则相当于节约NaNO₂的质量为34.5g．
（6）碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成[Fe（OH）SO₄]^2-聚合离子，该水解反应的离子方程式为2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O═[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．
Ⅲ、铁的化合物也是制备高能锂电池的重要材料，已知LiFePO₄电池反应为FePO₄+Li$\frac{放电}{充电}$LiFePO₄，电池中的固体电解质可传到Li⁺写出该电池充电时阳极反应式LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺，常温下以该电池为电源电解500mL饱和食盐水，当消耗0.35gLi时，溶液的pH值为13（忽略溶液的体积变化）．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，方程式为CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CaSiO₃；
（2）高炉中铁矿石（以磁铁矿为例）被还原剂CO还原成单质铁，结合原子守恒配平化学方程式；
Ⅱ、过量废铁屑加入硫酸溶液中溶解，加入碳酸氢钠溶液搅拌过滤得到硫酸亚铁溶液和滤渣氢氧化铝，滤液中加入稀硫酸和亚硝酸钠氧化亚铁离子为铁离子，减压蒸发过滤得到碱式硫酸铁；
（3）Fe为活泼金属，可与酸反应；
（4）要制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，根据沉淀的pH选择；
（5）所消耗氧气得到的电子的物质的量相当于NaNO₂得到电子的物质的量；
（6）根据反应物和生成物判断离子方程式；
Ⅲ、阳极发生氧化反应，结合反应的方程式判断，电解池中电极商电子守恒，依据电子转移减少电解饱和氯化钠溶液中阴极电解反应中减小的氢离子物质的量，氢离子减小和溶液在亲一个离子增加物质的量相同，得到溶液中氢氧根离子浓度，结合离子积减少氢离子浓度得到溶液pH．

解答 解：Ⅰ、（1）将矿石中的二氧化硅转变为炉渣，方程式为CaO+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CaSiO₃，故答案为：将矿石中的二氧化硅等转变为炉渣；
（2）高炉中铁矿石（以磁铁矿为例）被还原剂CO还原成单质铁，结合原子守恒配平化学方程式为：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，故答案为：Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Fe+4CO₂；
Ⅱ、（3）Fe为活泼金属，可与酸反应，反应的离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成应Fe（OH）₂沉淀，控制pH在[4.4～7.5）之间，故答案为：[4.4～7.5）；
（5）n（O₂）=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，则得到电子0.125mol×4=0.5mol，1molNaNO₂被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则m（NaNO₂）=0.5mol×69g/mol=34.5g，故答案为：34.5；
（6）[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺，
故答案为：2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺；
Ⅲ、阳极发生氧化反应，由总反应式FePO₄+Li $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiFePO₄可知，LiFePO₄被氧化生成FePO₄，反应的电极方程式为LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺，常温下以该电池为电源电解500mL饱和食盐水，当消耗0.35gLi时，n（Li）=$\frac{0.35g}{7g/mol}$=0.05mol，反应中电子转移0.05mol，电解食盐水，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氢离子减小0.05mol，溶液中增加氢氧根离子物质的量为0..05mol，c（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，溶液的pH值为13，
故答案为：LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺；13．

点评 本题考查制备原理的设计，题目难度中等，注意根据物质的性质和题给信息判断可能发生的反应，方程式的书写为解答该题的难点，也是易错点，注意体会书写方法．