Question

18．铁的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉里程碑，它把人类从石器时代、青铜器时代带到了铁器时代，推动了人类文明的发展．
（1）高铁酸钠（Na₂FeO₄）是水处理过程中的一种新型净水剂，它的氧化性比高锰酸钾更强，本身在反应中被还原成三价铁离子达到净水的目的．按要求回答下列问题：
高铁酸钠主要通过如下反应制取：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH=2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，则X的化学式为NaCl，反应中被氧化的物质是Fe（OH）₃（写化学式）．
（2）铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃）的过程如下：

①酸溶过程中Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式为Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；
“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
②还原过程中加入FeS₂的目的是将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，而本身被氧化为H₂SO₄，请完成该反应的离子方程式：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16 H⁺．
③氧化过程中，O₂、NaOH与Fe²⁺反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓或Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
④为了确保铁红的质量和纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.2-3.8，

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH过大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯（几种离子沉淀的pH见上表）；滤液B可以回收的物质有（写化学式）Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根据元素守恒判断X的化学式；反应中化合价升高的元素被氧化；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁属于碱性氧化物，与酸反应生成盐和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反应，二氧化硅不和酸反应；
②根据得失电子守恒和原子守恒来配平；
③NaOH与Fe²⁺反应生成的氢氧化亚铁易被氧化；
④根据几种离子沉淀的pH分析；因加入的是氢氧化钠来调节PH，所以滤液B中应是未沉淀离子的硫酸盐和硫酸钠．

解答 解：（1）2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，根据元素守恒可知X的化学式为NaCl；反应中Fe（OH）₃中的Fe元素是化合价升高被氧化；
故答案为：NaCl；Fe（OH）₃；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，加入FeS₂将溶液中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再加氢氧化钠和空气，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红；
①氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁和水，方程式为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不与硫酸反应，故“滤渣A”主要成份的化学式为SiO₂．
故答案为：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合价从-1价升高到+6价，2个S原子转移14个电子，Fe³⁺转移1个电子，则二者的计量数之比为1：14，根据S守恒可知SO₄^2-前面的化学计量数为2，根据氧守恒可知H₂0前面化学计量数为8，根据H守恒可知H+前化学计量数为16，则反应的离子方程式为：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
故答案为：1、14、8、15、2、16H⁺；
③Fe²⁺与OH^-反应生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定易被氧气氧化为Fe（OH）₃，用化合价升价法配平方程式，方程式为：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓或Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓或Fe²⁺+2OH^-=Fe（OH）₂↓、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
④根据几种离子沉淀的pH，如果pH过大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；未沉淀的离子为Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故滤液B可以回收的物质有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故答案为：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的铁红不纯；Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

点评 本题通过制备铁红，考查了物质制备方案的设计及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，明确制备流程及化学实验基本操作方法为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．