Question

10．某工厂的废金属屑中主要成分为Cu、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Na₂FeO₄（高铁酸钠）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；
Ⅱ．向Ⅰ所得固体中加入过量稀H₂SO₄，充分反应后过滤；
Ⅲ．向Ⅱ所得固体中继续加入热的稀H₂SO₄，同时不断鼓入空气，固体溶解得CuSO₄溶液；
Ⅳ．…
（1）步骤Ⅰ中发生反应的化学方程式为2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O．
（2）步骤Ⅱ所得的滤液中加入KSCN溶液无明显现象，表明滤液中不存在Fe³⁺，用离子方程式解释其可能的原因2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（3）步骤Ⅲ获得CuSO₄溶液的离子方程式为2Cu+O₂+4H⁺═2Cu²⁺+2H₂O．
（4）步骤Ⅱ所得滤液经进一步处理可制得Na₂FeO₄，高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种多功能、高效无毒的新型绿色水处理剂．
①Na₂FeO₄中铁元素的化合价是+6价，Na₂FeO₄具有较强的氧化性（填“氧化性”或“还原性”）．
②用Na₂FeO₄给水消毒、杀菌时得到的Fe³⁺可以净水，Fe³⁺净水原因是Fe³⁺+3H₂O?4Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺（用离子方程式表示）．
③工业上可用FeCl₃、NaOH、NaClO三种物质在一定条件下反应制得Na₂FeO₄，完成下列化学方程式：
2FeCl₃+10NaOH+3NaClO═2Na₂FeO₄+5H₂O+9NaCl．

Answer 1

分析 利用主要成分为Cu、Fe和Al，此外还含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃的废金属屑制取新型高效水处理剂Na₂FeO₄，首先利用铝及其氧化物的两性性质用NaOH溶液溶解后再过滤除去，再用稀硫酸溶液滤渣，得到含有Fe²⁺、Fe³⁺的混合溶液并过虑除去铜，副产品Cu可以用热的稀硫酸并通氧气的情况下溶解得到硫酸铜溶液，滤液可通过氧化使溶液里只存在Fe³⁺，然后滴加NaOH溶液得到Fe（OH）₃沉淀，再将经过过滤洗涤得到的Fe（OH）₃固体溶解在NaOH和NaClO的混合溶液里可制目标产物；
（1）Al和Al₂O₃都有两性，加入过量的NaOH溶液，可溶解铝、氧化铝得到可溶性的偏铝酸钠溶液，通过过滤可除去；
（2）步骤Ⅱ在用稀硫酸溶解氧化铁生成硫酸铁，同时混合物中的铁会还原硫酸铁生成硫酸亚铁；
（3）铜能溶解在不断通氧气的热的稀硫酸中得到硫酸铜溶液，反应中氧气作氧化剂，还原产物为水，发生的化学方程式为2Cu+2H₂SO₄+O₂=2CuSO₄+2H₂O，再改写成离子方程式；
（4）根据化合物中化合价代数和为零可知，高铁酸钠中铁显+6价，有强氧化性，在净水时被还原生成铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体有吸附性，能吸附水的杂质，工业上可用FeCl₃、NaOH、NaClO三种物质在一定条件下反应制得Na₂FeO₄，根据电子得失守恒和元素守恒可完成化学方程式．

解答 解：（1）利用Al和Al₂O₃和Fe₂O₃的两性，用过量的NaOH溶液除去废金属屑中的Al和Al₂O₃发生反应的化学方程式为2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O，
故答案为：2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑、Al₂O₃+2NaOH═2NaAlO₂+H₂O；
（2）氧化铁溶于硫酸生成硫酸铁，同时混合物中的铁会还原硫酸铁生成硫酸亚铁，反应的离子方程式：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（3）铜溶解在不断通氧气的热的稀硫酸中得到硫酸铜溶液，发生反应的离子方程式为2Cu+O₂+4H⁺═2Cu²⁺+2H₂O，
故答案为：2Cu+O₂+4H⁺═2Cu²⁺+2H₂O；
（4）①根据化合物中化合价代数和为零可知，高铁酸钠中铁显+6价，有强氧化性，
故答案为：+6；氧化性；
②在净水时被还原生成铁离子，铁离子水解生成氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体有吸附性，能吸附水的杂质，反应的离子方程式为Fe³⁺+3H₂O?4Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Fe³⁺+3H₂O?4Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺；
③工业上可用FeCl₃、NaOH、NaClO三种物质在一定条件下反应制得Na₂FeO₄，根据电子得失守恒和元素守恒可知，反应的化学方程式为2FeCl₃+10NaOH+3NaClO═2 Na₂FeO₄+5H₂O+9 NaCl，
故答案为：Na₂FeO₄、H₂O、NaCl．

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．