Question

（14分）鐵是一種過渡元素，金屬鐵是最常用的金屬。請回答下列各題：

（1）生鐵中含有一種鐵碳化合物(Fe₃C)，在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體和能使澄清石灰水變渾濁的氣體，該反應的化學方程式為                      。上述反應生成的磁性固體能溶于過量鹽酸，該反應的離子方程式為                   。

（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可實現2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的轉化。已知，含SO₂的廢氣通入Fe²⁺、Fe³⁺的溶液時，其中一個反應的離子方程式為4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，則另一反應的離子方程式為                         。

（3）硫酸廠用煅燒黃鐵礦（FeS₂）來制取硫酸，實驗室利用硫酸廠燒渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制綠礬。利用燒渣制綠礬的過程如下：

  

①燒渣溶于稀H₂SO₄過程中，有單質硫生成，寫出該反應的離子方程式（只寫生成S的反應式，其他反應無需寫出）                                 。

②向溶液X中加入足量鐵屑的目的是                               。

③可用硫酸酸化的 KMnO₄溶液通過滴定法測定綠礬產品中FeSO₄含量，滴定時發生反應的離子方程式為                               。

（4）已知Fe(OH)₃的溶度積常數K_sp＝1.1×10^-36。室溫時在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，當溶液pH=3時，通過計算說明Fe³⁺是否沉淀完全                  。

（提示：當某離子濃度小于1.0×10^-5 mol•L^-1時可以認為該離子沉淀完全了）

 

Answer 1

【答案】

（1）Fe₃C + 3O₂Fe₃O₄ + CO₂（2分）  Fe₃O₄ + 8H⁺ = Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O（2分）

（2）2Fe³⁺ + SO₂ + 2H₂O = 2Fe²⁺ + SO₄^2- + 4H⁺（2分）

（3）①2Fe³⁺ + H₂S = 2Fe²⁺ + S↓ + 2H⁺（2分）

②使Fe³⁺完全轉化為Fe²⁺，以制備純凈的綠礬晶體（2分）

③5Fe²⁺ + MnO₄^- + 8H⁺ = 5Fe³⁺+Mn²⁺ + 4H₂O（2分）

（4）計算得c(Fe^3＋)＝1.1×10^-3mol•L^-1＞1×10^-5 mol•L^-1，故Fe³⁺沒有沉淀完全（2分）

【解析】（1）根據反應物和生成物可知，反應的方程式為Fe₃C + 3O₂Fe₃O₄ + CO₂。由于四氧化三鐵中鐵元素的化合價既有＋2價的，還有＋3價的，所以方程式為Fe₃O₄ + 8H⁺ = Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O。

（2）根據題意，總反應式減去4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O即得到另一個，即2Fe³⁺ + SO₂ + 2H₂O = 2Fe²⁺ + SO₄^2- + 4H⁺。

（3）①在反應中硫化亞鐵和硫酸反應生成硫化氫，而氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵，硫酸鐵能氧化硫化氫生成硫單質，方程式為2Fe³⁺ + H₂S = 2Fe²⁺ + S↓ + 2H⁺。

②溶液中含有鐵離子，所以必須其還原成亞鐵離子，即鐵粉的作用是使Fe³⁺完全轉化為Fe²⁺，以制備純凈的綠礬晶體。

③高錳酸鉀溶液具有氧化性，能把硫酸亞鐵氧化生成硫酸鐵，方程式為5Fe²⁺ + MnO₄^- + 8H⁺ = 5Fe³⁺+Mn²⁺ + 4H₂O。

（4）pH=3，所以溶液中OH－的濃度是10^－11mol/L，所以根據溶度積常數的表達式

可知，溶液中鐵離子濃度是＞1×10^-5 mol•L^-1，故Fe³⁺沒有沉淀完全。