Question

19．鐵的發現和大規模使用，是人類發展史上的一個光輝里程碑，它把人類從石器時代、青銅器時代帶到了鐵器時代，推動了人類文明的發展．
（1）高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）是水處理過程中的一種新型凈水劑，它的氧化性比高錳酸鉀更強，本身在反應中被還原成三價鐵離子達到凈水的目的．按要求回答下列問題：高鐵酸鈉主要通過如下反應制取：2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，則X的化學式NaCl，反應中被氧化的物質是Fe（OH）₃（寫化學式）．
（2）鐵紅顏料跟某些油料混合，可以制成防銹油漆．以黃鐵礦為原料制硫酸產生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃）的過程如下：

①酸溶過程中Fe₂O₃與稀硫酸反應的化學方程式為Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂．
②還原過程中加入FeS₂的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為H₂SO₄，請完成該反應的離子方程式：
1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
③氧化過程中，O₂、NaOH與Fe²⁺反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．
④為了確保鐵紅的質量和純度，氧化過程需要調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8，

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

如果pH過大，可能引起的后果是Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純（幾種離子沉淀的pH見上表）；濾液B可以回收的物質有（寫化學式）Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

Answer 1

分析 （1）根據元素守恒判斷X的化學式；反應中化合價升高被氧化；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵屬于堿性氧化物，與酸反應生成鹽和水；Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO都和硫酸反應，二氧化硅不和酸反應；
②根據得失電子守恒和原子守恒來配平；
③NaOH與Fe²⁺反應生成的氫氧化亞鐵易被氧化；
④根據幾種離子沉淀的pH分析；因加入的是氫氧化鈉來調節PH，所以濾液B中應是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉；

解答 解：（1）2Fe（OH）₃+3NaClO+4NaOH═2Na₂FeO₄+3X+5H₂O，根據元素守恒可知X的化學式為NaCl；反應中Fe（OH）₃中的Fe元素是化合價升高被氧化；
故答案為：NaCl；Fe（OH）₃；
（2）硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，加入FeS₂將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，再加氫氧化鈉和空氣，調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅；
①氧化鐵與硫酸反應生成硫酸鐵和水，方程式為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；因二氧化硅不與硫酸反應，故“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂．
故答案為：Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄） ₃+3H₂O；SiO₂；
②FeS₂中S元素的化合價從-1價升高到+6價，2個S原子轉移14個電子，Fe³⁺轉移1個電子，則二者的計量數之比為1：14，根據S守恒可知SO₄^2-前面的化學計量數為2，根據氧守恒可知H₂0前面化學計量數為8，根據H守恒可知H+前化學計量數為16，則反應的離子方程式為：1FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺．
故答案為：1、14、8、15、2、16H⁺；
③Fe²⁺與OH^-反應生成4Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不穩定易被氧氣氧化為Fe（OH）₃，用化合價升價法配平方程式，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
④根據幾種離子沉淀的pH，如果pH過大，Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，
故答案為：Al³⁺、Mg²⁺形成沉淀，使制得的鐵紅不純；Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

點評 本題通過制備鐵紅，考查了物質制備方案的設計及化學實驗基本操作方法的綜合應用，題目難度中等，明確制備流程及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．