Question

10．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]的工藝流程如圖：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如表：

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

回答下列問題：
（1）流程中加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，使溶液中的Al³⁺（填“Fe³⁺”“Fe²⁺”或“Al³⁺”）沉淀，則調(diào)節(jié)pH的范圍是4.4-7.5．
（2）在實際生產(chǎn)中，反應Ⅱ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(jié)約NaNO₂的物質(zhì)的量為2mol．用NaNO₂的缺點是產(chǎn)生NO污染，若用雙氧水代替NaNO₂發(fā)生反應的離子方程式是Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O．
（3）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的Fe（OH）²⁺離子，可部分水解生成Fe₂（OH）₄^2-聚合離子．該水解反應的離子方程式為2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺．
（4）在醫(yī)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(jù)我國質(zhì)量標準，產(chǎn)品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．為檢驗所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，應使用的試劑為D（填字母）．
A．氯水  B．KSCN溶液  C．NaOH溶液  D．酸性KMnO₄溶液．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題給流程可知，反應I溶液中存在的金屬陽離子有Fe²⁺、Al³⁺，所以加入NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，使溶液中的Al³⁺沉淀；根據(jù)表中數(shù)據(jù)知判斷調(diào)節(jié)pH的范圍；
（2）反應II中要將亞鐵離子氧化為鐵離子，據(jù)此判斷O₂與NaNO₂在反應的作用；
1mol氧氣在反應中得到4個電子，亞硝酸鈉中氮元素的化合價是+3價，其還原產(chǎn)物中氮元素的化合價是+2價，得到1個電子，根據(jù)電子守恒計算；根據(jù)電子守恒形成用雙氧水代替NaNO₂的離子方程式；
（3）[Fe（OH）]²⁺離子可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，則根據(jù)電荷守恒可知一定還有氫離子生成，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（4）產(chǎn)品中含有Fe³⁺，檢驗所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，可用酸性KMnO₄溶液．

解答 解：（1）根據(jù)題給流程分析，反應Ⅰ中稀硫酸與鐵、氧化鋁、氧化鐵反應的生成物分別是硫酸亞鐵和氫氣、硫酸鋁和水、硫酸鐵和水；由于鐵是過量的，所以生成的硫酸鐵繼續(xù)與鐵反應生成硫酸亞鐵，因此反應I溶液中存在的金屬陽離子有Fe²⁺、Al³⁺，所以加入NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)pH，使溶液中的Al³⁺沉淀；
分析題給數(shù)據(jù)知，pH=4.4時氫氧化鋁完全沉淀，pH=7.5時氫氧化亞鐵開始沉淀，所以調(diào)節(jié)pH的范圍應該為：4.4-7.5，
故答案為：Al³⁺；4.4-7.5；
（2）反應II中要將亞鐵離子氧化為鐵離子，所以O₂與NaNO₂在反應中均作為氧化劑；
標準狀況下11.2L氧氣的物質(zhì)的量是：$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，1mol氧氣在反應中得到4個電子，所以0.5mol氧氣可以得到2mol電子．亞硝酸鈉中氮元素的化合價是+3價，其還原產(chǎn)物中氮元素的化合價是+2價，得到1個電子，根據(jù)電子守恒可知，相當于是節(jié)省了2mol亞硝酸鈉；
用雙氧水代替NaNO₂發(fā)生反應的離子方程式為：Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O，
故答案為：氧化劑；2mol；Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺═Fe³⁺+H₂O；
（3）[Fe（OH）]²⁺離子可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，則根據(jù)電荷守恒可知一定還有氫離子生成，則反應的離子方程式為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺，
故答案為：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄^2-+2H⁺；
（4）因為產(chǎn)品中含有Fe³⁺，檢驗所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，可利用其還原性，應使用的試劑為酸性KMnO₄溶液，故D正確，
故答案為：D．

點評 本題考查制備方案的設計，題目難度中等，涉及物質(zhì)制備工藝流程的有關判斷、氧化還原反應的應用與計算等知識，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．