Question

6．铁及其化合物在日常生活中应用广泛．已知Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，主要用作催化剂和媒染剂．工业上用细铁屑（含有少量杂质Cu）与稀硝酸反应制备，主要流程如下：

物质	Cu（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	2.2×10-20	2.6×10-39

（1）Na₂CO₃溶液可以除油污，原因是（用离子方程式表示）CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-
（2）操作1加入烧碱溶液，调节pH=4，使溶液中的Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，此时溶液中的c（Fe³⁺）=2.6×10^-9mol/L，能否视为Fe³⁺已经沉淀完全？是（是、否）．
（3）操作2是在滤渣中加入足量的硝酸，硝酸足量的目的将Fe（OH）₃完全溶解、抑制Fe³⁺水解
（4）操作3包含两步，分别为：蒸发浓缩、冷却结晶
（5）制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗涤，目的：洗去表面杂质，减少因溶解而造成的损失．

Answer 1

分析 含有铜的细铁屑加入Na₂CO₃溶液可以除油污，在耐酸反应器中，控制温度40℃-50℃反应3小时，铁和硝酸生成硝酸铁，铜和硝酸生成硝酸铜，同时生成氮的氧化物，用碱液吸收，操作1加入烧碱溶液，调节pH=4，使溶液中的Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，因KK_sp（Cu（OH）₂）＞K_sp（Fe（OH）₃），所以过滤，铜离子在滤液中，操作2是在滤渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氢氧化铁反应生成易溶的硝酸铁，Fe（NO₃）₃•9H₂O为结晶水合物，防止结晶过程结晶水散失，所以操作3通过蒸发浓缩、冷却结晶得到，Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗涤，可洗去表面杂质，同时防止因溶解而造成的损失．
（1）碳酸钠在溶液中水解显碱性，可以除油污；
（2）先根据溶液的pH计算氢离子浓度，再结合水的离子积常数计算氢氧根离子浓度，最后根据c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{W}[Fe（OH）_{3}]}{{C}^{3}（O{H}^{-}）}$计算铁离子浓度；Fe³⁺小于1.0×10^-5mol．L^-1时，视为完全沉淀；
（3）操作2是在滤渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氢氧化铁反应生成易溶的硝酸铁，在酸性条件下可抑制铁离子的水解；
（4）操作3包含两步得到Fe（NO₃）₃•9H₂O，该晶体为结晶水合物，所以需冷却结晶；
（5）制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗涤，能洗涤晶体表面的杂质，降低晶体溶解性，减少晶体损耗．

解答 解：（1）油污在碱性条件下课水解生成易溶于水的甘油、和高级脂肪酸钠，碳酸钠在溶液中水解显碱性，可以除油污，其水解的离子方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
（2）溶液的pH=4，所以溶液中氢离子浓度为10^-4 mol/L，则氢氧根离子浓度为10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{W}[Fe（OH）_{3}]}{{C}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1.0×1{0}^{-10}）^{3}}$mol/Lmomol=2.6×10^-9mol/L，c（Fe³⁺）＜10^-5mol/L，Fe³⁺已经沉淀完全，
故答案为：2.6×10^-9mol/L；是；
（3）操作2是在滤渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氢氧化铁反应：Fe（OH）₃+3HNO₃=Fe（NO）₃+3H₂O，硝酸铁易溶于水，在水中Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，在酸性条件下可抑制铁离子的水解，
故答案为：将Fe（OH）₃完全溶解，抑制Fe³⁺水解；
（4）操作3包含两步得到Fe（NO₃）₃•9H₂O，该晶体为结晶水合物，防止结晶过程结晶水散失，所以需蒸发浓缩、冷却结晶，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（5）Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20%HNO₃洗涤的目的是洗去晶体表面的杂质，不引入新的杂质，同时能减少晶体损耗，
故答案为：洗去表面杂质，减少因溶解而造成的损失．

点评 本题以制备Fe（NO₃）₃•9H₂O晶体为载体，考查了物质制备实验的设计和分析，物质的分离与提纯，实验能力和分析能力的考查，注意把握流程中的反应条件和反应实质理解是解题关键，题目难度中等．