Question

工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产能溶于水的碱式硫酸铁的过程如下

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	A1（OH）3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

回答下列问题：
（1）写出反应I中发生的基本反应类型有复分解反应、

 

、

 

．
（2）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH可除去Al³⁺，有关反应的离子方程式为

 

，若调节的pH过高，可能的影响是

 

．
（3）过滤出碱式硫酸铁后，需要用酒精洗涤，洗涤的方法是

 

．
（4）取产物碱式硫酸铁33.8g溶于硝酸后，分成两等份．一份加过量的BaCl₂溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥得到23.3g沉淀；另一份加过量的NaOH溶液，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得到8.0g固体．通过计算可知碱式硫酸铁的化学式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：由流程可知，反应I中发生反应为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反应I中加入NaHCO₃并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以滤渣中成分是Al（OH）₃，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性条件下，NaNO₂和FeSO₄发生氧化还原反应生成铁离子、NO，离子反应为Fe²⁺+NO₂^-+2H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O，最后将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，以此来解答．

解答： 解：（1）反应I中发生反应为Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，分别属于置换反应、复分解反应、化合反应，故答案为：置换反应；化合反应；
（2）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH可除去Al³⁺，有关反应的离子方程式为Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成应Fe（OH）₂沉淀，控制pH在4.4～7.5之间，若pH过高，亚铁离子转化为沉淀，
故答案为：Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑；亚铁离子转化为沉淀；
（3）需要用酒精洗涤，则不溶于酒精，洗涤方法为向漏斗中注入酒精浸没晶体，使水自然流下，重复2～3次，故答案为：向漏斗中注入酒精浸没晶体，使水自然流下，重复2～3次；
（4）过量的BaCl₂溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥得到23.3g沉淀，沉淀为硫酸钡，n（SO₄^2-）=

23.3g

233g/mol

=0.1mol，另一份加过量的NaOH溶液，充分反应后，过滤、洗涤、灼烧得到8.0g固体，则固体为氧化铁，n（Fe）=

8g

160g/mol

×2=0.1mol，碱式硫酸铁33.8g溶于硝酸后，分成两等份，则每份的质量为

33.8g

2

=16.9g，含OH^-的质量为16.9g-0.1mol×56g/mol-0.1mol×96g/mol=1.7g，n（OH^-）=

1.7g

17g/mol

=0.1mol，则n（Fe）：n（OH^-）：n（SO₄^2-）=1：1：1，则化学式为Fe（OH）SO₄，故答案为：Fe（OH）SO₄．

点评：本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，涉及物质的制备实验及物质组成的计算确定等，把握流程中发生的反应为解答的关键，侧重分析、计算能力的考查，题目难度中等．