Question

6．鐵及其化合物在日常生活中應用廣泛．已知Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，主要用作催化劑和媒染劑．工業上用細鐵屑（含有少量雜質Cu）與稀硝酸反應制備，主要流程如下：

物質	Cu（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	2.2×10-20	2.6×10-39

（1）Na₂CO₃溶液可以除油污，原因是（用離子方程式表示）CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-
（2）操作1加入燒堿溶液，調節pH=4，使溶液中的Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，此時溶液中的c（Fe³⁺）=2.6×10^-9mol/L，能否視為Fe³⁺已經沉淀完全？是（是、否）．
（3）操作2是在濾渣中加入足量的硝酸，硝酸足量的目的將Fe（OH）₃完全溶解、抑制Fe³⁺水解
（4）操作3包含兩步，分別為：蒸發濃縮、冷卻結晶
（5）制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗滌，目的：洗去表面雜質，減少因溶解而造成的損失．

Answer 1

分析 含有銅的細鐵屑加入Na₂CO₃溶液可以除油污，在耐酸反應器中，控制溫度40℃-50℃反應3小時，鐵和硝酸生成硝酸鐵，銅和硝酸生成硝酸銅，同時生成氮的氧化物，用堿液吸收，操作1加入燒堿溶液，調節pH=4，使溶液中的Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，因KK_sp（Cu（OH）₂）＞K_sp（Fe（OH）₃），所以過濾，銅離子在濾液中，操作2是在濾渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氫氧化鐵反應生成易溶的硝酸鐵，Fe（NO₃）₃•9H₂O為結晶水合物，防止結晶過程結晶水散失，所以操作3通過蒸發濃縮、冷卻結晶得到，Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗滌，可洗去表面雜質，同時防止因溶解而造成的損失．
（1）碳酸鈉在溶液中水解顯堿性，可以除油污；
（2）先根據溶液的pH計算氫離子濃度，再結合水的離子積常數計算氫氧根離子濃度，最后根據c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{W}[Fe（OH）_{3}]}{{C}^{3}（O{H}^{-}）}$計算鐵離子濃度；Fe³⁺小于1.0×10^-5mol．L^-1時，視為完全沉淀；
（3）操作2是在濾渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氫氧化鐵反應生成易溶的硝酸鐵，在酸性條件下可抑制鐵離子的水解；
（4）操作3包含兩步得到Fe（NO₃）₃•9H₂O，該晶體為結晶水合物，所以需冷卻結晶；
（5）制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20% HNO₃洗滌，能洗滌晶體表面的雜質，降低晶體溶解性，減少晶體損耗．

解答 解：（1）油污在堿性條件下課水解生成易溶于水的甘油、和高級脂肪酸鈉，碳酸鈉在溶液中水解顯堿性，可以除油污，其水解的離子方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
（2）溶液的pH=4，所以溶液中氫離子濃度為10^-4 mol/L，則氫氧根離子濃度為10^-10 mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{{K}_{W}[Fe（OH）_{3}]}{{C}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.6×1{0}^{-39}}{（1.0×1{0}^{-10}）^{3}}$mol/Lmomol=2.6×10^-9mol/L，c（Fe³⁺）＜10^-5mol/L，Fe³⁺已經沉淀完全，
故答案為：2.6×10^-9mol/L；是；
（3）操作2是在濾渣Fe（OH）₃沉淀中加入足量的硝酸，硝酸和氫氧化鐵反應：Fe（OH）₃+3HNO₃=Fe（NO）₃+3H₂O，硝酸鐵易溶于水，在水中Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，在酸性條件下可抑制鐵離子的水解，
故答案為：將Fe（OH）₃完全溶解，抑制Fe³⁺水解；
（4）操作3包含兩步得到Fe（NO₃）₃•9H₂O，該晶體為結晶水合物，防止結晶過程結晶水散失，所以需蒸發濃縮、冷卻結晶，
故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；
（5）Fe（NO₃）₃•9H₂O易溶于水，微溶于硝酸，制得的Fe（NO₃）₃•9H₂O用20%HNO₃洗滌的目的是洗去晶體表面的雜質，不引入新的雜質，同時能減少晶體損耗，
故答案為：洗去表面雜質，減少因溶解而造成的損失．

點評 本題以制備Fe（NO₃）₃•9H₂O晶體為載體，考查了物質制備實驗的設計和分析，物質的分離與提純，實驗能力和分析能力的考查，注意把握流程中的反應條件和反應實質理解是解題關鍵，題目難度中等．