Question

工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe(OH)SO4]的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(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）反应I溶液中存在的金属阳离子有__________________。
（2）加入NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的______（填“Fe3+”、“Fe2+”或“A13+”）沉淀。该工艺流程中“搅拌”的作用是_____________。
（3）反应II的离子方程式为__________。在实际生产中，反应II常同时通入O2以减少NaNO2的用量，O2与NaNO2在反应中均作为________。若参与反应的O2有11.2L(标准状况)，则相当于节约NaNO2物质的量为__________。
（4）碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe(OH)]2＋离子，可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子。该水解反应的离子方程式为__________________________。

Answer 1

（1）Fe2＋、Al3＋（1分，有错不得分）
（2）Al3＋（1分）；加快反应速率（或使反应物充分接触，意思相近均给分）（1分）
（3）Fe2＋＋NO2－＋2H＋＝Fe3＋＋NO↑＋H2O（2分）；氧化剂（1分）；2mol（1分）
（4）2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋（2分）

解析试题分析：（1）稀硫酸与铁、氧化铝、氧化铁反应的生成物分别是硫酸亚铁和氢气、硫酸铝和水、硫酸铁和水。由于铁是过量的，所以生成的硫酸铁继续与铁反应生成硫酸亚铁，因此反应I溶液中存在的金属阳离子有Fe2＋、Al3＋。
（2）由于溶液中只有Fe2＋、Al3＋两种金属阳离子，而氢氧化铝开始沉淀时的pH值大于氢氧化亚铁开始沉淀时的pH值，所以加入NaHCO3的目的是调节pH，使溶液中的Al3＋沉淀；由于搅拌时可以增大反应物的接触面积，从而加快反应速率。
（3）反应II中有NO生成，这说明反应中亚硝酸是氧化剂，将亚铁离子氧化生成了铁离子，反应的离子方程式为Fe2＋＋NO2－＋2H＋＝Fe3＋＋NO↑＋H2O；由于要将亚铁离子氧化为铁离子，所以O2与NaNO2在反应中均作为氧化剂；标准状况下11.2L氧气的物质的量是11.2L÷22.4L/mol＝0.5mol，氧气在反应中得到4个电子，所以0.5mol氧气可以得到2mol电子。亚硝酸钠中氮元素的化合价是＋3价，其还原产物中氮元素的化合价是＋2价，得到1个电子，所以根据电子守恒可知，相当于是节省了2mol亚硝酸钠。
（4）[Fe(OH)]2＋离子可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合离子，则根据电荷守恒可知一定还有氢离子生成，所以反应的离子方程式为2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋。
考点：考查物质制备工艺流程的有关判断、氧化还原反应的应用与计算