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

①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）₄²⁺聚合离子．该水解反应的离子方程式为

 

．
②反应Ⅱ的化学方程式为

 

．
③在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），则相当于节约NaNO₂的物质的量为

 

mol．

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：废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 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，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，据此分析解答．
①根据反应物和生成物判断离子方程式；Fe（OH）²⁺水解显酸性，据电荷守恒可写出该反应的离子方程式；
②流程分析反应Ⅱ是亚硝酸钠在酸溶液中氧化亚铁离子为铁离子，依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，原子守恒配平写出方程式；
③所消耗氧气得到的电子的物质的量相当于NaNO₂得到电子的物质的量．

解答： 解：废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 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，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，
①碱式硫酸铁溶于水后产生的Fe（OH）²⁺离子，Fe（OH）²⁺可部分水解生成Fe₂（OH）₄²⁺聚合离子，该水解反应的离子方程式为：
2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺，故答案为：2Fe（OH）²⁺+2H₂O?Fe₂（OH）₄²⁺+2H⁺；
②酸性条件下，亚硝酸钠具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原生成NO，发生反应的化学方程式为：
2FeSO₄+H₂SO₄+2NaNO₂=2Fe（OH）SO₄+2Na₂SO₄+2NO↑，故答案为：2FeSO₄+H₂SO₄+2NaNO₂=2Fe（OH）SO₄+2Na₂SO^₄+2NO↑；
③在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有11.2L（标准状况），反应过程中提供电子相等，则相当于节约NaNO₂的物质的量=

11.2L 22.4L/mol ×4

1

=2mol，故答案为：2mol．

点评：本题考查物质的分离和提纯，侧重考查学生获取信息及利用信息能力、分析能力、实验操作能力，注意题给信息的灵活运用，题目难度中等．