Question

3．目前高铁酸钠（Na₂FeO₄）被广泛应用于水处理，具有高效、无毒的优点．
（1）将Fe（OH）₃与NaClO溶液混合，可制得Na₂FeO₄，配平下列离子方程式：
2Fe（OH）₃+3ClO^-+OH^-═2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O
（2）用Fe做阳极，Cu做阴极，NaOH溶液做电解液，用电解的方法也可制得Na₂FeO₄，则电解过程中阳极的反应式为Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O．
（3）某地海水样品经Na₂FeO₄处理后，所含离子及其浓度如下表所示（H⁺和OH^-未列出）：

离子	SO42-	Mg2+	Fe3+	Na+	Cl-
浓度（mol/L）	a	0.05	0.10	0.50	0.58

常温下，取一定量经Na₂FeO₄处理过的海水为原料制备精制食盐水和MgCl₂•7H₂0，过程如下：

注：离子浓度小于10^-5mol/L 可认为该离子不存在；Ksp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，Ksp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-12；操作过程中溶液体积的变化忽略不计．
①表格中的a＞0.16 （填“＜”或“=”或“＞”）．
②沉淀A的组成为Fe（OH）₃（填化学式）；在调节溶液pH时，理论上应调节的pH的范围是3≤pH＜9．
③加入的过量试剂X为Ba（OH）₂ （填化学式）．
④加入过量HCl的作用为使Mg（OH）₂全部溶解转化为MgCl₂；在加热浓缩滤液C时抑制Mg²⁺水解．

Answer 1

分析 （1）反应中Fe（OH）₃→FeO₄^2-，Fe元素化合价由+3升高为+6价，总共升高3价，ClO^-→Cl^-，Cl元素化合价由+1价降低为-1价，总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，故Fe（OH）₃系数为2，故ClO^-系数为3，由元素守恒可知，FeO₄^2-系数为2，Cl^-系数为3，根据电荷守恒可知，反应物OH^-系数为4，根据H元素、O元素守恒可知，H₂O其系数为5；
（2）用电解法制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水；
（3）①由表中Mg²⁺、Fe³⁺的浓度及K_sp[Fe（OH）₃、K_sp[Mg（OH）₂]可知，该溶液呈酸性，再利用电荷守恒可知，2c（SO₄^2-）+c（Cl^-）+c（OH^-）=2c（Mg²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺），据此判断；
②由工艺流程图可知，处理的海水调节PH值，目的是Fe³⁺将转化为Fe（OH）₃，除去溶液中的Fe³⁺；Mg²⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-5mol/L，PH值为9，Fe³⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-11mol/L，pH值为3；
③由工艺流程图可知，加入的过量试剂X目的是使滤液A中的SO₄^2-转化为沉淀，Mg²⁺转化为Mg（OH）₂，用钡离子沉淀SO₄^2-，氢氧根沉淀Mg²⁺，据此判断X；
④由工艺流程图可知，盐酸使Mg（OH）₂全部溶解转化为MgCl₂，在加热浓缩滤液C时Mg²⁺水解，抑制Mg²⁺水解．

解答 解：（1）反应中Fe（OH）₃→FeO₄^2-，Fe元素化合价由+3升高为+6价，总共升高3价，ClO^-→Cl^-，Cl元素化合价由+1价降低为-1价，总共降低2价，化合价升降最小公倍数为6，故Fe（OH）₃系数为2，故ClO^-系数为3，由元素守恒可知，FeO₄^2-系数为2，Cl^-系数为3，根据电荷守恒可知，反应物OH^-系数为4，根据H元素、O元素守恒可知，生成物H₂O系数为5，配平后的离子方程式为2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，
故答案为：2、3、4，2、3、5；
（2）用铁做阳极电解氢氧化钠制备铁酸钠，电解时铁失去电子发生氧化反应结合氢氧根离子生成铁酸跟离子和水，电极反应式为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
故答案为：Fe+8OH^--6e^-=FeO₄^2-+4H₂O；
（3）①由K_sp[Fe（OH）₃、K_sp[Mg（OH）₂]可知，Mg²⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-7mol/L，Fe³⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-11mol/L，由表中Mg²⁺、Fe³⁺的浓度可知，该溶液呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），利用电荷守恒可知，2c（SO₄^2-）+c（Cl^-）+c（OH^-）=2c（Mg²⁺）+3c（Fe³⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺），即2a+0.58+c（OH^-）=2×0.05+3×0.1+0.5+c（H⁺），整理2a=0.32+c（H⁺）-c（OH^-），由于c（H⁺）＞c（OH^-），所以a＞0.16，
故答案为：＞；
②由工艺流程图可知，处理的海水调节PH值，目的是Fe³⁺将转化为Fe（OH）₃，除去溶液中的Fe³⁺，故沉淀A的组成为Fe（OH）₃，Mg²⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-5mol/L，PH值为9，Fe³⁺完全沉淀时c（OH^-）=10^-11mol/L，pH值为3，在调节溶液pH时，应当使3≤pH＜9，
故答案为：Fe（OH）₃；3≤pH＜9；
③由工艺流程图可知，加入的过量试剂X目的是使滤液A中的SO₄^2-转化为沉淀，Mg²⁺转化为Mg（OH）₂，用钡离子沉淀SO₄^2-，氢氧根沉淀Mg²⁺，故试剂X为Ba（OH）₂．
故答案为：Ba（OH）₂；
④由工艺流程图可知，盐酸使Mg（OH）₂全部溶解转化为MgCl₂，在加热浓缩滤液C时Mg²⁺水解，可以抑制Mg²⁺水解，
故答案为：使Mg（OH）₂全部溶解转化为MgCl₂；在加热浓缩滤液C时抑制Mg²⁺水解．

点评 本题综合考查氧化还原反应、溶度积计算、沉淀转化、溶液的有关计算、对化学工艺流程的理解、物质的分离提纯等，（3）①为易错点、难点，根据电荷守恒判断原理、判断溶液的酸碱性是关键，题目难度中等．