Question

13．堿式硫酸鐵是一種新型高效絮凝劑，常用于污水處理，在醫療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）生產堿式硫酸鐵的工藝流程如下所示：

部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如表所示：

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

請回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是調節溶液的pH，除去Al³⁺，①pH的范圍4.4-7.5
②寫出可能發生的離子方程式：Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑
（2）在實際生產中，反應Ⅱ中常同時通入O₂，以減少NaNO₂的用量，O₂與NaNO₂在反應中均作氧化劑；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

（3）堿式硫酸鐵溶于水后產生的Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺，該水解反應的離子方程式為2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺
（4）現以CO、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備高鐵酸鹽Na₂FeO₄的裝置如圖所示，其中Y為CO₂．
寫出石墨I電極上發生反應的電極反應式CO+CO₃^2--2e-=2CO₂
寫出電解池中生成FeO₄^2-的電極反應式為Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O．

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，
（1）①加入少量NaHCO₃的目的是調節pH，除去鋁離子，根據氫氧化物沉淀需要的pH判斷；
②碳酸氫根離子和鋁離子發生雙水解生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳；
（2）依據流程分析判斷，反應Ⅱ是氧化亞鐵離子便于鐵離子沉淀分離，流程產物分析可知O₂與NaNO₂在反應中做氧化劑；依據電子守恒計算；
（3）根據反應物和生成物判斷離子方程式；Fe（OH）²⁺水解顯酸性，據電荷守恒可寫出該反應的離子方程式；
（4）石墨電極Ⅰ是原電池的負極，一氧化碳失去電子生成二氧化碳，濾液碳酸根離子配平電荷守恒；電解池中鐵做陽極在氫氧化鈉溶液中失電子生成Na₂FeO₄ ；

解答 解：（1）①加入少量NaHCO₃的目的是調節pH，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，
故答案為：4.4-7.5；
②可能發生的離子方程式Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（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，氧氣的作用與亞硝酸鈉相同，1mol氧氣得4mol電子，1mol亞硝酸根離子的1mol電子，有$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol氧氣反應轉移2mol電子，相對于2mol亞硝酸鈉反應，
故答案為：氧化劑；2mol；
（3）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⁺；
（4）現以CO、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備高鐵酸鹽Na₂FeO₄的裝置如圖所示，其中Y為CO₂，
石墨電極Ⅰ是原電池的負極，一氧化碳失去電子生成二氧化碳，濾液碳酸根離子配平電荷守恒，CO+CO₃^2--2e-=2CO₂，
電解池中鐵做陽極在氫氧化鈉溶液中失電子生成Na₂FeO₄ ，Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O，
故答案為：CO+CO₃^2--2e-=2CO₂；Fe-6e^-+8OH^-=FeO₄^2-+4H₂O；

點評 本題考查物質的分離和提純、原電池、電解池原理，側重考查學生獲取信息及利用信息能力、分析能力、實驗操作能力，注意題給信息的靈活運用，知道常見離子的檢驗方法及現象，題目難度中等．