Question

15．碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]是一种用于污水处理的新型髙效絮凝剂，在医药上也可于治疗消化性溃疡出血．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的流程如图：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

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）粉碎过筛的目的是选取细小颗粒，增大反应接触面积，提高“酸浸”反应速率．
（2）加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀．
（3）反应釜中发生反应的离子方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．在实际生产中，常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于约NaNO₂的物质的量为2mol．
（4）聚合釜中溶液的pH必须控制在一定的范围内．pH偏小时Fe³⁺水解程度弱，PH偏大时则形成Fe（OH）₃沉淀．
（5）相对于常压蒸发，减压蒸发的优点是减压蒸发，可防止温度过高，碱式硫酸铁分解．

Answer 1

分析 废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反应I中加入NaHCO₃并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以滤渣中成分是Al（OH）₃，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性条件下，NaNO₂和FeSO₄发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，
（1）固体溶解时，通过借助于固体粉碎、玻璃棒搅拌或加热等方法，加快固体溶解，提高浸取率；
（2）要制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，需要调节溶液的pH在4.4≤pH＜7.5之间；
（3）反应釜中发生的反应为Fe²⁺在酸性条件下被NO₂^-氧化为Fe³⁺，同时得到还原产物NO，可根据电子守恒和原子守恒写出此反应的离子方程式；
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；
（4）Fe³⁺水解极易水解，pH过大易促进其水解生成Fe（OH）₃沉淀，产物不纯；
（5）减压蒸发可以降低溶液的沸点．

解答 解：（1）为提高“酸浸”反应速率，可通过将固体粉碎过筛达到选取细小颗粒，增大反应接触面积来实现，故答案为：选取细小颗粒，增大反应接触面积，提高“酸浸”反应速率；
（2）为了使Fe³⁺和Al³⁺完全分离，可通过加入少量NaHCO₃来调节溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀，故答案为：调节溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀；
（3）反应釜中Fe²⁺在酸性条件下被NO₂^-氧化为Fe³⁺，同时得到还原产物NO时发生反应的离子方程式为2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，n（O₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，则得到电子0.5mol×4=2mol，1mol NaNO₂被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则需要2mol NaNO₂，
故答案为：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；2mol；
（4）为防止Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀，产物不纯，调节溶液pH时不易过大，故答案为：形成Fe（OH）₃沉淀；
（5）蒸发时选择减压蒸发，可降低沸点，避免高温下碱式硫酸铁分解，故答案为：减压蒸发，可防止温度过高，碱式硫酸铁分解．

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，离子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．