Question

铁是广泛应用的金属．
（1）铁元素在周期表中的位置是

 

，工业上通常采用高炉炼铁的方法制得单质铁，请写出用赤铁矿与CO反应炼铁的化学方程式

 

．
（2）请补充完成实验室制备Fe（OH）₃胶体的操作步骤：
①取25ml蒸馏水加热至沸腾       
②

 

③继续煮沸至

 

    
④停止加热．
（3）几种离子生成氢氧化物沉淀的pH如表（已知Fe（OH）₂呈絮状，不易从溶液中除去）

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	8.9

注：开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol?L^-1计算
现有某溶液含有Fe²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、SO₄^2-，要使溶液中的Fe²⁺和Fe³⁺完全沉淀，需往溶液中先加入H₂O₂，作用是

 

，然后再加入NH₄HCO₃调节pH至

 

，NH₄HCO₃中起调节pH作用的离子是

 

 （填离子符号）
（4）设计实验探究铁钉和钢钉在碱性溶液中遇到高锰酸钾时是否能发生电化学腐蚀．实验如下

①完成下列表格

	KMnO4（OH-）溶液	铁钉（钢钉）
实验1	短时间内无明显现象	短时间内无明显现象
实验2	短时间溶液由紫红色（MnO4-）变为深绿色（MnO42-）	短时间铁钉表面产生红褐色物质
请用化学用语解释实验2的现象

②实验2比实验1能够较快看到以上现象的原因是

 

．

Answer 1

考点：物质的分离、提纯的基本方法选择与应用,胶体的重要性质,金属的电化学腐蚀与防护

专题：

分析：（1）根据铁元素在周期表中的位置来分析；赤铁矿的主要成分是Fe₂O₃，据此写出化学方程式；
（2）根据Fe（OH）₃胶体的制备步骤来分析；
（3）根据Fe²⁺沉淀时，Zn²⁺也开始沉淀；Fe³⁺沉淀完全时，Zn²⁺不发生沉淀来分析；加入NH₄HCO₃调节至Fe³⁺沉淀完全，而Zn²⁺未沉淀；NH₄HCO₃中能消耗H⁺使pH增大的是HCO₃^-；
（4）①铁钉在溶液中形成原电池后，MnO₄^-得电子被还原；铁失电子先被氧化为Fe²⁺，然后结合溶液的环境，分析后续反应；
②铁钉中的含碳量高于钢钉．

解答： 解：（1）铁在元素周期表中处于第四周期、第VIII族； 赤铁矿的主要成分是Fe₂O₃，可知赤铁矿与CO反应炼铁的化学方程式为3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂，
故答案为：第四周期、第VIII族；3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂；
（2）制备Fe（OH）₃胶体的步骤是：向沸水中逐滴加入饱和的氯化铁溶液，继续煮沸至溶液变为红褐色即停止加热，即得Fe（OH）₃胶体，
故答案为：②向沸水中逐滴加入5-6滴FeCl₃饱和溶液；③液体呈红褐色；
（3）根据Fe²⁺沉淀时，Zn²⁺也开始沉淀；Fe³⁺沉淀完全时，Zn²⁺不发生沉淀，故要将Fe²⁺转化为Fe³⁺来沉淀，故加入H₂O₂的作用是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；加入NH₄HCO₃的作用是调节至Fe³⁺沉淀完全，而Zn²⁺未沉淀，故应调节pH至3.2-5.8之间；NH₄HCO₃中能消耗H⁺使pH增大的是HCO₃^-，故NH₄HCO₃中起调节pH作用的离子是HCO₃^-．
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；至3.2-5.8之间；HCO₃^-；
（4）①铁钉在溶液中形成原电池后，MnO₄^-得电子被还原为MnO₄^2-，反应为：MnO₄^-+e^-=MnO₄^2-；铁失电子先被氧化为Fe²⁺：Fe-2e^-=Fe²⁺；由于是在碱性环境下，故Fe²⁺结合OH^-生成Fe（OH）₂ ：Fe ²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂ ↓；Fe（OH）₂ 有强还原性，易被氧化：Fe（OH）₂+2OH^-+MnO₄^-=Fe（OH）₃+MnO₄^2-；Fe（OH）₃不稳定，易分解：Fe（OH）₃=Fe₂O₃ ?nH₂O，故短时间铁钉表面产生红褐色物质，
故答案为：

	KMnO4（OH-）溶液	铁钉（钢钉）
实验1	短时间内无明显现象	短时间内无明显现象
实验2	短时间溶液由紫红色（MnO4-）变为深绿色（MnO42-）	短时间铁钉表面产生红褐色物质
请用化学用语解释实验2的现象	MnO4-+e-=MnO42-	①Fe-2e-=Fe2+②Fe 2++2OH-=Fe（OH）2 ↓ ③Fe（OH）2+2OH-+MnO4-=Fe（OH）3+MnO42- ④Fe（OH）3=Fe2O3 ?nH2O

②铁钉中的含碳量高于钢钉，故实验2比实验1能够较快，故答案为：铁钉中的含碳量高于钢钉．

点评：本题考查了杂质离子的沉淀、胶体的制备以及电化学腐蚀，综合性较强，难度适中．铁离子的除去是考试热点．