Question

19．堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫藥上也可用于治療消化性潰瘍出血．工業上利用廢鐵屑（含少量鋁）生產堿式硫酸鐵的工
藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）堿式硫酸鐵能夠凈水的原因是能水解生成吸附能力很強的膠體．
（2）已知，常溫下部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下表．假設沉淀完全時溶液中金屬離子的濃度為1×10^-5 mol•L^-1，估算K_sp[Fe（OH）₂]=1×10^-15．生產堿式硫酸鐵的過程中，加入少量NaHCO₃
調溶液pH=6的目的是調節溶液的pH促進Al³⁺水解轉化為沉淀完全除去．

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al （OH）3
開始沉淀時的pH	7.0	1.9	3.4
完全沉淀時的pH	9.0	3.2	4.7

（3）反應II的離子方程式是Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺═Fe³⁺+NO↑+H₂O，在實際生產中，常同時通入O₂以減少反應II中NaNO₂的用量．若實際生產中需要節約1.38t的NaNO₂用量，則應通入標準狀況下的O₂112m³．
（4）在醫藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應制備堿式硫酸鐵．根據我國質量標準，產品中不得含有Fe²⁺及NO${\;}_{3}^{-}$．某同學根據提供的試劑設計實驗檢驗所得產品中不含Fe²⁺，含有 SO${\;}_{4}^{2-}$，可供選擇的試劑如下：
A．新制氯水         B．0．l mol/L KSCN溶液         C．10%NaOH溶液
D．20%HNO₃溶液   E．0.05mol/L酸性KMnO₄溶液          F．0．l mol/L BaCl₂溶液
請你幫助該同學完成實驗，將相關項目填入下表：

實驗操作	現象	結論
取適量產品于潔凈燒杯中，加入適量蒸餾水，充分攪拌，靜置，濾去沉淀．	得黃棕色溶液
取少量溶液于試管中，滴加溶液 ①0.05mol/L酸性高錳酸鉀；	②溶液不褪色；	溶液中不含Fe2+
取少量溶液于試管中，滴加0.1 mol/L BaCl2溶液，再滴加20% HNO3溶液	③產生白色沉淀；	溶液中含有SO${\;}_{4}^{2-}$

Answer 1

分析 （1）依據氫氧化鐵膠體具有吸附懸浮雜質的作用分析凈水原理；
（2）沉淀完全時溶解時溶液中金屬離子的濃度為1.0×10^-5mol/L，氫氧化亞鐵完全沉淀的PH=9，結合離子積常數和溶度積常數計算得到；加入少量NaHCO₃調溶液pH=6的目的是把溶液中的鋁離子全部沉淀；
（3）流程分析反應Ⅱ是亞硝酸鈉在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，依據氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，原子守恒配平寫出；依據氧化還原反應電子守恒計算；
（4）證明不含有亞鐵離子需要選擇高錳酸鉀溶液褪色與否進行實驗驗證，證明含有硫酸根離子的實驗是依據硫酸根離子檢驗方法選擇試劑檢驗，根據提供的試劑需要選擇氯化鋇溶液和稀硝酸．

解答 解：（1）堿式硫酸鐵能夠凈水的原因是，堿式硫酸鐵在溶液中鐵離子水解生成了具有較強吸附能量的氫氧化鐵膠體，吸附懸浮在水中雜質的起到凈水作用；
故答案為：能水解生成具有吸附能力較強的膠體；
（2）沉淀完全時溶解時溶液中金屬離子的濃度為1.0×10^-5mol/L，氫氧化亞鐵完全沉淀的PH=9，c（H⁺）=10^-9mol/L，c（OH^-）=10^-5mol/L，依據溶度積常數計算方法得到Ksp=c（Fe²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-5mol/L×（10^-5mol/L）²=1×10^-15（mol/L）³；加入少量NaHCO₃調溶液pH=6的目的是把溶液中的鋁離子全部沉淀；
故答案為：1×10^-15（mol/L）³；調節溶液PH促進Al³⁺水解轉化為沉淀除去；
（3）分析反應Ⅱ是亞硝酸鈉在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，依據氧化還原反應電子守恒和電荷守恒，原子守恒寫出的離子方程式為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；在實際生產中，常同時通入O₂以減少反應II中NaNO₂的用量．若實際生產中需要節約1.38t的NaNO₂用量，物質的量=$\frac{1.38t}{69g/mol}$=2×10⁴mol，轉移電子2×10⁴mol，依據電子守恒計算：
4NaNO₂～4NO～4e^-～O₂～4e-
4                 1
2×10⁴mol        n（O₂）
 n（O₂）=5×10³mol
V（O₂）=5×10³mol×22.4mol/L=1.12×10⁵L=112m³；
則應通入標準 狀況下的0₂ 的體積為112m³；
故答案為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；112；
（4）根據提供的試劑設計實驗檢驗所得產品中不含 Fe²⁺，含有SO₄^2-，實驗證明不含有亞鐵離子需要選擇高錳酸鉀溶液褪色與否進行實驗驗證，證明含有硫酸根離子的實驗是依據硫酸根離子檢驗方法選擇試劑檢驗，具體步驟為：取適量產品于潔凈燒杯中，加入適量蒸餾水，充分攪拌，靜置，濾去沉淀，得黃棕色溶液，取少量溶液于試管中，滴加0.05mol/l的酸性高錳酸鉀溶液，溶液不褪色證明溶液中不含Fe²⁺，取少量溶液于試管中，滴加0.1mol/L的BaCl₂ 溶液，再加入20% HNO₃ 溶液，白色沉淀，溶液中含有SO₄^2-；
故答案為：

操  作	現  象
0.05 mol/L酸性高錳酸鉀溶液	溶液不褪色
	產生白色沉淀

點評 本題考查了實驗制備物質的分析應用，離子檢驗方法和設計，化學方程式，氧化還原反應電子守恒的計算式解題關鍵，題目難度中等．