Question

3．碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用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见下表：

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）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH，使溶液中的Al³⁺沉淀，该工艺中“搅拌”的作用是加快反应速率．
（2）在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，O₂与NaNO₂在反应中均作氧化剂．若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂的物质的量为2mol．
（3）碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）²⁺离子，可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合离子．该水解反应的离子方程式为2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．
（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．
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．

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Al³⁺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，从而加快反应速率，
故答案为：Al³⁺；加快反应速率；
（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，自身被还原生成NO，所以反应Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，发生反应的离子方程式为 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，氧气的作用与亚硝酸钠相同，1mol氧气得4mol电子，1mol亚硝酸根离子的1mol电子，有$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol氧气反应转移2mol电子，相对于2mol亚硝酸钠反应，
故答案为：氧化剂；2mol；
（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Fe₂（OH）₄²⁺聚合离子，该水解反应的离子方程式为 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
（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方法的综合应用，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题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．