Question

5．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[Fe（OH）SO₄]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见表：回答下列问题：

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

（1）加入少量NaHCO₃的目的是调节PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氢氧化物沉淀），该工艺中“搅拌”的作用是使反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行．
（2）反应Ⅱ中的离子方程式为Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，O₂的作用是2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃．（用化学方程式表示）
（3）生产中碱式硫酸铁溶液蒸发时需要在减压条件下的原因是防止蒸发时温度过高，碱式硫酸铁进一步水解生成Fe（OH）₃．
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁．根据我国质量标准，产品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．为检验所得产品中是否含有Fe²⁺，应使用的试剂为
D．（填写字母）
A．氯水    B．KSCN溶液    C．NaOH溶液    D．酸性KMnO₄溶液．

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，据此分析解答；
（1）为了除去溶液里的Al³⁺，需要调节溶液的pH，促进Al³⁺水解生成沉淀，通过过滤分离，操作过程中不断搅拌是为了促进反应完全和加快反应速率；
（2）利用NaNO₂的氧化性氧化溶液里的Fe²⁺，同时通O₂的目的是将还原产生NO氧化得到硝酸，减少环境污染；
（3）水解是吸热过程，防止加热促进水解生成Fe（OH）₃；
（4）Fe²⁺有还原性，溶液显浅绿色，可选择氧化性的试剂并结合溶液颜色变化来检验．

解答 解：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）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH，根据氢氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之间将铝离子转化为Al（OH）₃沉淀，而亚铁离子不能生成沉淀，搅拌的目的是使反应物充分接触反应，故答案为：调节PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氢氧化物沉淀）；使反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行；
（2）酸性条件下，亚硝酸钠具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，发生反应的离子方程式为 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，通入O₂可以将NO氧化得到硝酸，同时减少NaNO₂的用量，发生反应的化学方程式为，故答案为：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃；
（3）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）²⁺离子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe（OH）₃，因水解是吸热反应，加热会促进水解，因此碱式硫酸铁溶液蒸发时需要在减压条件下进行，故答案为：防止蒸发时温度过高，碱式硫酸铁进一步水解生成Fe（OH）₃；
（4）亚铁离子具有还原性，能被强氧化剂氧化生成铁离子，反应过程中颜色变化明显的效果最佳，
A．氯水为浅黄绿色，氯将亚铁离子氧化为铁离子，溶液呈黄色，颜色变化不明显，故A不选；            
B．KSCN溶液和亚铁离子不反应，没有颜色变化，故B不选；      
C．NaOH溶液和亚铁离子反应生成白色沉淀，铁离子和氢氧根离子反应生成红褐色沉淀，掩盖氢氧化亚铁颜色，故C不选；      
D．酸性KMnO₄溶液呈紫色，亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，现象明显，故D选；
故答案为：D．

点评 本题考查物质的分离和提纯，侧重考查学生获取信息及利用信息能力、分析能力、实验操作能力，注意题给信息的灵活运用，知道常见离子的检验方法及现象，题目难度中等．