Question

5．鐵鹽、亞鐵鹽在工農業生產、生活、污水處理等方面有極其廣泛的應用．
（一）用鐵屑與硫酸反應制備FeSO₄
已知4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．FeSO₄在水中的溶解度見圖．
（1）首先，將鐵屑放入碳酸鈉溶液中煮沸除油污，分離出液體，用水洗凈鐵屑．此步驟中，分離出液體的方法通常不用過濾，使用的操作是傾析法（填寫操作名稱）．
（2）向處理過的鐵屑中加入適量的硫酸，在一定溫度下使其反應到不再產生氣體，趁熱過濾，得FeSO₄溶液．溫度宜控制在60℃左右；加熱的同時需適當補充水，原因是防止硫酸亞鐵晶體析出．反應中應保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）亞鐵鹽在空氣中易被氧化，但形成復鹽可穩定存在．如“摩爾鹽”，即硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]，就是在FeSO₄溶液中加入少量稀H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等一系列操作后所得．過程中稀硫酸的作用是防止硫酸亞鐵水解．
（二）用含有少量Al的廢鐵屑制備Fe₂（SO₄）₃其操作流程及有關資料如下：

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

（4）加NaHCO₃時，混合液pH值應控制在4.4-7.5之間．
（5）反應Ⅱ中反應的離子方程式是3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（6）實際生產中，將反應Ⅱ產生的NO配比一種氣體X，混合后重新通入反應Ⅱ中，該設計的目的是節約Fe（NO₃）₃、防止NO污染，氣體X與NO配比的比例是3：4．

Answer 1

分析 （一）（1）由于Fe屑沉在容器的底部，溶液在上部，所以分離出液體的方法通常不用過濾，使用的操作是傾析法；
（2）由于FeSO₄在60℃左右溶解度最大，所以溫度宜控制在60℃左右；
為防止硫酸亞鐵晶體析出，加熱的同時需適當補充水；為了防止在加熱的過程中Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，Fe粉應該稍微過量一些；
（3）稀硫酸能抑制FeSO₄水解；
（二）Fe、Al和稀硫酸反應生成FeSO₄、Al₂（SO₄）₃和氫氣，向混合溶液中加入NaHCO₃，調節溶液的pH，根據沉淀物與pH的關系知，要是鋁離子產生沉淀，則pH應該在4.4-7.5之間，然后過濾得到濾液，向濾液中加入稀硫酸、硝酸鐵，酸性條件下，亞鐵離子被氧化生成鐵離子，同時生成NO，然后采用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到Fe₂（SO₄）₃；
（4）加NaHCO₃時，混合液pH值應控制在Al（OH）₃完全沉淀、Fe（OH）₂不產生沉淀；
（5）酸性條件下，硝酸根離子和亞鐵離子發生氧化還原反應；
（6）一氧化氮易與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸，總的反應為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，將反應Ⅱ產生的NO配比一種氣體O₂，混合后重新通入反應Ⅱ中，可節約Fe（NO₃）₃、防止NO污染．

解答 解：（一）用碳酸鈉洗去油污的廢鐵屑，沉淀的顆粒較大，靜止后容易沉降至容器底部，常用傾析法分離，故答案為：傾析法；
（2）由于FeSO₄在60℃左右溶解度最大，所以溫度宜控制在60℃左右；加熱過程部分水被蒸發，導致溶劑的量減少，為防止硫酸亞鐵晶體析出，加熱的同時需適當補充水；為了防止在加熱的過程中Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，Fe粉應該稍微過量一些，所以反應中應保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1；
故答案為：60℃左右；防止硫酸亞鐵晶體析出；＞；
（3）硫酸亞鐵是強酸弱堿鹽，亞鐵離子水解導致溶液呈酸性，為防止亞鐵離子水解，應該向溶液中加入少量稀硫酸，故答案為：防止硫酸亞鐵水解；
（二）Fe、Al和稀硫酸反應生成FeSO₄、Al₂（SO₄）₃和氫氣，向混合溶液中加入NaHCO₃，調節溶液的pH，根據沉淀物與pH的關系知，要是鋁離子產生沉淀，則pH應該在4.4-7.5之間，然后過濾得到濾液，向濾液中加入稀硫酸、硝酸鐵，酸性條件下，亞鐵離子被氧化生成鐵離子，同時生成NO，然后采用蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾得到Fe₂（SO₄）₃；
（4）加NaHCO₃時，混合液pH值應控制在Al（OH）₃完全沉淀、Fe（OH）₂不產生沉淀，根據沉淀物與pH的關系知，要是鋁離子產生沉淀，則pH應該在4.4-7.5之間，
故答案為：4.4-7.5之間；
（5）酸性條件下，硝酸根離子和亞鐵離子發生氧化還原反應，離子方程式為3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（6）反應Ⅱ中需要強氧化性的酸將二價鐵離子氧化，一氧化氮有毒，但一氧化氮易與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸，總的反應為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，將O₂和反應Ⅱ產生的NO，按3：4配比混合后重新通入反應Ⅱ中，可節約Fe（NO₃）₃、防止NO污染，
故答案為：節約Fe（NO₃）₃、防止NO污染；3：4．

點評 本題考查物質制備和物質分離、提純，為高頻考點，涉及基本操作、物質之間的反應等，明確反應原理是解本題關鍵，易錯點是（5）題，注意酸性條件下硝酸根離子具有強氧化性，題目難度中等．