Question

4．氯化铁是常见的水处理剂，工业上制备无水FeCl₃的一种工艺如下：

（1）试写出吸收塔中吸收剂Q反应的离子方程式：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（2）六水合氯化铁在水中的溶解度如下：

温度/℃	0	10	20	30	50	80	100
溶解度（g/100gH2O）	74.4	81.9	91.8	106.8	315.1	525.8	535.7

从FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶体的操作步骤是：加入少量盐酸、加热浓缩；、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．再由FeCl₃•6H₂O晶体得到无水FeCl₃的操作是：在氯化氢气流中加热FeCl₃•6H₂O晶体，得到无水FeCl₃．
（3）常温下，若溶液的pH控制不当会使Fe³⁺沉淀，pH=4时，溶液中c（Fe³⁺）=4×10^-8mol•L^-1．（常温下Ksp[Fe（OH）₃]=4×10^-38）．
（4）氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”，写出SO₂通入氯化铁溶液中反应的离子方程式SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-．
（5）向氯化铜和氯化铁的混合溶液中加入氧化铜粉末会产生新的沉淀，写出该沉淀的化学式Fe（OH）₃．请用平衡移动的原理，结合必要的离子方程式，对此现象作出解释Fe³⁺会水解产生较多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO与H⁺反应生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 氯气与铁在反应炉中反应生成氯化铁，尾气用吸收剂Q处理得到氯化铁，故Q为氯化亚铁，氯化铁溶液蒸发浓缩、冷却结晶得到氯化铁晶体，为防止氯化铁水解，在HCl气流中加热蒸干氯化铁晶体得到氯化铁，
（1）尾气中含有氯气，由工艺流程可知，用吸收剂X在吸收塔中吸收氯气，生成氯化铁，所以吸水剂X为氯化亚铁；
（2）由表中数据可知，温度越高氯化铁的溶解度越高，由溶液获得晶体需加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，铁离子易水解应在氯化氢气流中加热FeCl₃•6H₂O晶体；
（3）依据沉淀溶解平衡的溶度积，结合溶液PH计算得到；
（4）SO₂通入氯化铁溶液中，发生氧化还原反应生成硫酸根离子、铁离子；
（5）Fe³⁺会水解产生较多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO与H⁺反应生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe（OH）₃沉淀，CuO促进铁离子水解．

解答 解：（1）尾气中含有氯气，由工艺流程可知，用吸收剂X在吸收塔中吸收氯气，生成氯化铁，所以吸水剂X为氯化亚铁，氯化亚铁与氯气反应生成氯化铁，
反应离子方程式为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案为：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（2）由表中数据可知，温度越高氯化铁的溶解度越高，由溶液获得晶体需加加热浓缩；再冷却结晶，Fe³⁺易水解，所以由FeCl₃•6H₂O晶体得到无水FeCl₃，应在氯化氢气流中加热FeCl₃•6H₂O晶体，得到无水FeCl₃，
故答案为：加热浓缩；冷却结晶；在氯化氢气流中加热FeCl₃•6H₂O晶体，得到无水FeCl₃；
（3）当溶液pH为4时，溶液中c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=4×10^-38，所以溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=4×10^-8 mol•L^-1，
故答案为：4×10^-8；
（4）SO₂通入氯化铁溶液中，发生氧化还原反应生成硫酸根离子、铁离子，离子反应为SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-，
故答案为：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-．
（5）因为Fe³⁺会水解产生较多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO与H⁺反应生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案为：Fe（OH）₃；Fe³⁺会水解产生较多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO与H⁺反应生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺浓度，使得水解平衡正向移动，生成Fe（OH）₃沉淀．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、物质的分离提纯等基本操作、氧化还原反应滴定应用、溶度积有关计算等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．