Question

7．FeCl₃具有凈水作用，但腐蝕設備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，聚合氯化鋁鐵的組成可表示為[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，處理污水比FeCl₃ 高效，且腐蝕性小．請回答下列問題：
（1）FeCl₃ 凈水的原理是Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質（用必要的文字和離子方程式說明）．FeCl₃ 溶液腐蝕鋼鐵設備，除H⁺作用外，另一主要原因是（用離子方程式表示）Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）為節(jié)約成本，工業(yè)上用NaClO₃ 氧化酸性FeCl₂ 廢液得到FeCl₃．
①若酸性FeCl₂廢液中c（Fe²⁺）=2.0×10^-2mol•L^-1，c（Fe³⁺）=1.0×10^-3mol•L^-1，c（Cl^-）=5.3×10^-2mol•L^-1，則該溶液中pH=2．
②完成NaClO₃ 氧化FeCl₂ 的離子方程式：
1ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=1Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O．
（3）某工廠欲以工業(yè)廢料（金屬鋁、鐵及其氧化物）為原料制取[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，設計如下流程：

①[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中鐵元素的化合價為+3．
②所得酸性溶液中，不能確定是否一定存在的陽離子是C（填字母）．
A．Al³⁺B．Fe²⁺
C．Fe³⁺D．H⁺
為證實該離子確實存在，可采取的操作是取少量待測液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液變成紅色．
③往酸性溶液中加入試劑X的目的是把亞鐵離子氧化成鐵離子．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用；鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子；
（2）①根據電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計），據此溶液中氫離子的濃度，再根據pH=-lgc（H⁺）計算；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價從+5價降低到-1價，得到6個電子，而Fe元素的化合價從+2價升高到+3價，失去1個電子，根據得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3；
（3）廢料中加入過量稀鹽酸，充分反應后得到甲溶液，甲溶液中含有AlCl₃，由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物質的量關系無法確定，則不能確定溶液中Fe元素的存在形成，不能確定是否存在Fe³⁺，加入X應為氧化劑，可將Fe²⁺生成Fe³⁺，加入NaOH溶液后，調節(jié)溶液pH，可生成目標物，以此解答該題，
①依據元素化合價代數(shù)和為0計算鐵元素化合價；
②由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物質的量關系無法確定，則不能確定溶液中Fe元素的存在形成是否有Fe³⁺，依據鐵離子的特征性質檢驗鐵離子的存在；
③因[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中Fe為+3價，可起到凈水劑的作用，則加入X應為氧化劑，可將Fe²⁺生成Fe³⁺．

解答 解：（1）Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，可起到凈水的作用，反應的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃膠體+3H⁺
；鋼鐵設備中的Fe會與鐵離子反應生成亞鐵離子，離子方程式是：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：Fe³⁺水解生成的Fe（OH）₃膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質，F(xiàn)e³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃膠體+3H⁺，2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（2）①根據電荷守恒：c（Cl^-）=2c（Fe²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（H⁺）（酸性溶液中OH^-濃度很小，在這里可以忽略不計），則c（H⁺）=c（Cl^-）-2c（Fe²⁺）-3c（Fe³⁺）=1.0×10^-2mol•L^-1，則溶液pH=-lg1.0×10^-2=2，
故答案為：2；
②氯酸鈉氧化酸性的氯化亞鐵，則反應物中有氫離子參加，則生成物中有水生成，Cl元素的化合價從+5價降低到-1價，得到6個電子，而Fe元素的化合價從+2價升高到+3價，失去1個電子，根據得失電子守恒，則氯酸根離子的系數(shù)為1，F(xiàn)e²⁺的系數(shù)為6，則鐵離子的系數(shù)也是6，氯離子的系數(shù)是1，根據電荷守恒，則氫離子的系數(shù)是6，水的系數(shù)是3，配平后離子方程式為：ClO₃^-+6Fe²⁺+6H⁺=Cl^-+6Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：1；6；6H⁺；1；6；3H₂O；
（3）①設鐵化合價是x，聚合氯化鋁鐵可表示為[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m，由此合物內化合價和為0得：3+x-n-（6-n）=0；
x=3，所以PAFC中鐵元素的化合價為+3；
故答案為：+3；
②由于Al、Fe以及Fe₂O₃的物質的量關系無法確定，則不能確定溶液中Fe元素的存在形成是否有Fe³⁺，所得酸性溶液中，不能確定是否一定存在的陽離子為Fe³⁺，為證明該離子確實存在，取少量溶液加入KSCN溶液后溶液溶液呈血紅色，證明含有Fe³⁺；
故答案為：C；取少量溶液加入KSCN溶液后溶液溶液呈血紅色；
③因[AlFe（OH）_nCl_6-n]_m中Fe為+3價，可起到凈水劑的作用，則加入X應為氧化劑，可將Fe²⁺生成Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂═2Fe³⁺+2 Cl^-，
故答案為：將Fe²⁺生成Fe³⁺．

點評 本題考查鐵的化合物性質的應用、氧化還原反應方程式的配平、對圖象的分析能力、平衡移動影響因素等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用難度，難度中等．