Question

4．氯化鐵是常見的水處理劑，工業上制備無水FeCl₃的一種工藝如下：

（1）試寫出吸收塔中吸收劑Q反應的離子方程式：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-．
（2）六水合氯化鐵在水中的溶解度如下：

溫度/℃	0	10	20	30	50	80	100
溶解度（g/100gH2O）	74.4	81.9	91.8	106.8	315.1	525.8	535.7

從FeCl₃溶液制得FeCl₃•6H₂O晶體的操作步驟是：加入少量鹽酸、加熱濃縮；、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．再由FeCl₃•6H₂O晶體得到無水FeCl₃的操作是：在氯化氫氣流中加熱FeCl₃•6H₂O晶體，得到無水FeCl₃．
（3）常溫下，若溶液的pH控制不當會使Fe³⁺沉淀，pH=4時，溶液中c（Fe³⁺）=4×10^-8mol•L^-1．（常溫下Ksp[Fe（OH）₃]=4×10^-38）．
（4）氯化鐵溶液稱為化學試劑中的“多面手”，寫出SO₂通入氯化鐵溶液中反應的離子方程式SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-．
（5）向氯化銅和氯化鐵的混合溶液中加入氧化銅粉末會產生新的沉淀，寫出該沉淀的化學式Fe（OH）₃．請用平衡移動的原理，結合必要的離子方程式，對此現象作出解釋Fe³⁺會水解產生較多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO與H⁺反應生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺濃度，使得水解平衡正向移動，生成Fe（OH）₃沉淀．

Answer 1

分析 氯氣與鐵在反應爐中反應生成氯化鐵，尾氣用吸收劑Q處理得到氯化鐵，故Q為氯化亞鐵，氯化鐵溶液蒸發濃縮、冷卻結晶得到氯化鐵晶體，為防止氯化鐵水解，在HCl氣流中加熱蒸干氯化鐵晶體得到氯化鐵，
（1）尾氣中含有氯氣，由工藝流程可知，用吸收劑X在吸收塔中吸收氯氣，生成氯化鐵，所以吸水劑X為氯化亞鐵；
（2）由表中數據可知，溫度越高氯化鐵的溶解度越高，由溶液獲得晶體需加熱濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，鐵離子易水解應在氯化氫氣流中加熱FeCl₃•6H₂O晶體；
（3）依據沉淀溶解平衡的溶度積，結合溶液PH計算得到；
（4）SO₂通入氯化鐵溶液中，發生氧化還原反應生成硫酸根離子、鐵離子；
（5）Fe³⁺會水解產生較多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO與H⁺反應生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺濃度，使得水解平衡正向移動，生成Fe（OH）₃沉淀，CuO促進鐵離子水解．

解答 解：（1）尾氣中含有氯氣，由工藝流程可知，用吸收劑X在吸收塔中吸收氯氣，生成氯化鐵，所以吸水劑X為氯化亞鐵，氯化亞鐵與氯氣反應生成氯化鐵，
反應離子方程式為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-，
故答案為：2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-；
（2）由表中數據可知，溫度越高氯化鐵的溶解度越高，由溶液獲得晶體需加加熱濃縮；再冷卻結晶，Fe³⁺易水解，所以由FeCl₃•6H₂O晶體得到無水FeCl₃，應在氯化氫氣流中加熱FeCl₃•6H₂O晶體，得到無水FeCl₃，
故答案為：加熱濃縮；冷卻結晶；在氯化氫氣流中加熱FeCl₃•6H₂O晶體，得到無水FeCl₃；
（3）當溶液pH為4時，溶液中c（OH^-）=10^-10mol/L，Ksp[Fe（OH）₃]=c（Fe³⁺）•c³（OH^-）=4×10^-38，所以溶液中c（Fe³⁺）=$\frac{4×1{0}^{-38}}{（1{0}^{-10}）^{3}}$=4×10^-8 mol•L^-1，
故答案為：4×10^-8；
（4）SO₂通入氯化鐵溶液中，發生氧化還原反應生成硫酸根離子、鐵離子，離子反應為SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-，
故答案為：SO₂+2H₂O+2Fe³⁺=2Fe²⁺+4H⁺+SO₄^2-．
（5）因為Fe³⁺會水解產生較多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO與H⁺反應生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺濃度，使得水解平衡正向移動，生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：Fe（OH）₃；Fe³⁺會水解產生較多的H⁺：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CuO與H⁺反應生成Cu²⁺和H₂O，降低了H⁺濃度，使得水解平衡正向移動，生成Fe（OH）₃沉淀．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、物質的分離提純等基本操作、氧化還原反應滴定應用、溶度積有關計算等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．