Question

16．铁是一种过渡元素，金属铁是最常用的金属．请回答下列各题：
（1）生铁中含有一种铁碳化合物（Fe₃C），在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体和能使澄清石灰水变浑浊的气体，该反应的化学方程式为Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂．上述反应生成的磁性固体能溶于过量盐酸，该反应的离子方程式为3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O．
（2）在Fe²⁺或Fe³⁺的催化作用下，可实现2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的转化．已知含SO₂的废气通入含Fe²⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，则另一反应的离子方程式为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（3）硫酸厂用煅烧黄铁矿（FeS₂）来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制绿矾．利用烧渣制绿矾的过程如下：

①烧渣溶于稀H₂SO₄过程中，先是固体大部分被溶解，接着有单质硫生成，写出该反应的离子方程式（只写生成S的离子方程式，其他反应无需写出）2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺．
②向溶液X中加入足量铁屑的目的是使Fe³⁺完全转化为Fe²⁺，以制备纯净的绿矾晶体．
③取1.6g所得晶体样品配成溶液，滴入10.00mL 0.1000mol/L 的酸性高锰酸钾液刚好完全反应，经计算可得样品中含47.5%的硫酸亚铁．
（4）已知Fe（OH）₃的溶度积常数K_sp=1.1×10^-36．室温时在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当溶液pH=3时，通过计算说明Fe³⁺是否沉淀完全计算得c（Fe³⁺）=1.1×10^-3mol•L^-1＞1×10^-5mol•L^-1，故Fe³⁺没有沉淀完全．
（提示：当某离子浓度小于1.0×10^-5 mol•L^-1时可以认为该离子沉淀完全了）

Answer 1

分析 （1）Fe₃C在足量的空气中高温煅烧生成四氧化三铁和二氧化碳；磁性固体能溶于过量稀硝酸发生氧化还原反应生成硝酸铁、NO和水；
（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可实现2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的转化，由总反应（2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）减去4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O即可；
（3）①Fe₂O₃和FeS均可以和稀硫酸之间反应分别生成硫酸铁、硫化氢，二者之间会发生化学反应；
②金属铁可以和铁离子之间反应生成亚铁离子；
③取1.6g所得晶体样品，样品中含47.5%的硫酸亚铁，硫酸亚铁的物质的量为$\frac{1.6g×47.5%}{152g/mol}$=0.005mol，根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O计算高锰酸钾溶液的体积；
（4）溶液中c（H⁺）=10^-3，c（OH^-）=10^-11 ，代入K_sp=1.1×10^-36=[c（OH^-）]³×c（Fe³⁺）求算．

解答 解：（1）Fe₃C在足量的空气中高温煅烧生成四氧化三铁和二氧化碳，反应为Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂；磁性固体能溶于过量稀硝酸发生氧化还原反应生成硝酸铁、NO和水，离子反应为3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O，
故答案为：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂；3Fe₃O₄+28H⁺+NO₃^-=9Fe³⁺+NO↑+14H₂O；
（2）由总反应（2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄）减去4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O可得到离子反应为2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，
故答案为：2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；
（3）①Fe₂O₃可以和稀硫酸之间反应生成硫酸铁，FeS可以和稀硫酸之间反应生成硫化氢，铁离子具有氧化性，硫化氢具有还原性，二者之间会发生化学反应：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺，会产生硫单质，故答案为：2Fe³⁺+H₂S=2Fe²⁺+S↓+2H⁺；
②向溶液硫酸铁中加入足量铁屑，金属铁可以和铁离子之间反应生成亚铁离子，以制备纯净的绿矾晶体，故答案为：使Fe³⁺完全转化为Fe²⁺，以制备纯净的绿矾晶体；
③取1.6g所得晶体样品，样品中含47.5%的硫酸亚铁，硫酸亚铁的物质的量为$\frac{1.6g×47.5%}{152g/mol}$=0.005mol，根据反应5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可知，消耗的高锰酸钾溶液的体积为$\frac{\frac{0.005}{5}mol}{0.1000mol/L}$=0.01L=10.00mL，故答案为：10.00；
（4）溶液pH为3时，溶液中c（H⁺）=10^-3，则c（OH^-）=10^-11 ，K_sp=1.1×10^-36=[c（OH^-）]³×c（Fe³⁺），c（Fe³⁺）=1.1×10^-36/10^-33=1.1×10^-3（mol/L）＞10^-5 mol•L^-1，故答案为：计算得c（Fe³⁺）=1.1×10^-3mol•L^-1＞1×10^-5 mol•L^-1，故Fe³⁺没有沉淀完全．

点评 本题考查较综合，涉及氧化还原反应的计算、离子反应和化学反应方程式的书写等，综合性较强，侧重分析能力与计算能力的综合考查，题目难度中等．