Question

17．堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫藥上也可用于治療消化性潰瘍出血．工業上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產堿式硫酸鐵的工藝流程如下：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
開始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是調節pH在4.4～7.5范圍內，使溶液中的Al³⁺沉淀（寫離子符號）．
（2）反應Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，發生反應的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．
（3）在實際生產中，反應Ⅱ常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應的O₂有11.2L（標準狀況），則相當于節約NaNO₂的物質的量為2mol．
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產生的Fe（OH）²⁺離子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合離子，該水解反應的離子方程式為2Fe（OH）²⁺+2H₂O=Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

Answer 1

分析 廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發生反應 Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反應I中加入NaHCO₃并攪拌，調節溶液的pH，發生反應Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性條件下，NaNO₂和FeSO₄發生氧化還原反應生成鐵離子、NO，將溶液蒸發濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵，據此分析解答．
（1）要制備硫酸亞鐵，應與硫酸鋁分離，根據沉淀的pH選擇；
（2）酸性條件下，反應Ⅱ中加入NaNO₂，將亞鐵氧化成鐵離子，為下一步制取堿式硫酸鐵提供鐵離子；
（3）所消耗氧氣得到的電子的物質的量相當于NaNO₂得到電子的物質的量；
（4）[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，根據電荷守恒和質量守恒書寫水解反應的離子方程式．

解答 解：（1）制備硫酸亞鐵，應與硫酸鋁分離，應調節溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應Fe（OH）₂沉淀，根據氫氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之間將鋁離子轉化為Al（OH）₃沉淀，而亞鐵離子不能生成沉淀，所以控制pH在4.4～7.5之間，
故答案為：4.4～7.5；Al³⁺；
（2）酸性條件下，亞硝酸鈉具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原生成NO，所以反應Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，發生反應的離子方程式為 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，
故答案為：氧化Fe²⁺；2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；
（3）1molNaNO₂被還原生成NO，化合價由+3價降低到+2價，得到1mol電子，1mol氧氣得到電子1mol×4=4mol，在實際生產中，反應Ⅱ常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應的O₂有11.2L（標準狀況），反應過程中提供電子相等，則相當于節約NaNO₂的物質的量=$\frac{11.2L}{\frac{22.4L/mol}{1}}×4$=2mol，
故答案為：2mol；
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產生的Fe（OH）²⁺離子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合離子，該水解反應的離子方程式為 2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，
故答案為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺．

點評 本題考查制備原理的設計，題目難度中等，注意根據物質的性質和題給信息判斷可能發生的反應，方程式的書寫為解答該題的難點，也是易錯點，注意體會書寫方法．