Question

【題目】某小組探究從印刷電路板回收液(pH=1，含Fe2+、Cu2+、Cl-及少量Fe3+)制取磁性氧化鐵，并測定其中Fe3+和Fe2+的物質的量比，過程如下：

已知： 25℃時：Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16；溶解度S( FeCl2 )=64g。

(1)過程Ⅰ中除銅反應的離子方程式為_______。

(2)過程Ⅱ用H2O2調比為1.6：1。該過程中有少量無色氣體生成，主要原因是______。

(3)過程Ⅲ：調pH、加熱

(i)甲同學將溶液迅速調至pH≈4，產生沉淀，通過下列①和②推斷沉淀的成分。

①取靜置后的上層清液，___________，證明清液中含Fe2+；

②甲同學通過已知條件計算，推斷沉淀中一定不含Fe(OH)2，其推斷過程是______。

(ii)乙同學探究不同反應條件對產品質量的影響

①若調節(jié)pH過程太慢，在pH≈5時，Fe2+容易在空氣中發(fā)生副反應，生成FeO(OH)固體影響產品質量。寫出該反應的離子方程式________。

②若其它條件不變，調節(jié)pH過高( pH >9 )、溫度高于95oC，產品會摻雜較多紅棕色雜質，試分析可能的原因__________。

(iii)丙同學迅速將溶液調節(jié)pH=9，在80~90℃下攪拌2小時。過濾、洗滌、干燥得到晶體產品。寫出制得晶體產品的離子方程式________。

(4)Ⅳ測定

取產品樣品ag，加過量硫酸溶解，得到樣品溶液。用c mol/L KMnO4標準液滴定。(已知：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，雜質不與KMnO4反應，且數(shù)據為多次測量平均值)。

i. 取v0 mL樣品溶液，用標準液滴定至終點，消耗標準液v1 mL。

ii.另取v0 mL樣品溶液，加入適量鋅粉充分反應(將Fe3+完全轉化為Fe2+)，過濾，再用標準液滴定濾液至終點，消耗標準液v2 mL。

(5)晶體中Fe3+和Fe2+的物質的量比是_________(用含v1、v2的計算式表示)。

Answer 1

【答案】Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe3+催化，使H2O2分解放出氧氣 加入鐵氰化鉀溶液，出現(xiàn)藍色沉淀 Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16，pH=4時，生成Fe(OH)2沉淀所需c(Fe2+)>8×104 mol/L，根據氯化亞鐵溶解度，溶液中亞鐵離子濃度不可能達到 4Fe2++O2+6H2O=4FeO(OH) +8H+ pH過高(pH>9)、溫度高于95oC，Fe(OH)2還原性增強，與空氣中氧氣反應速率加快，使Fe(OH)3增加過多，Fe(OH)3分解成紅棕色Fe2O3 Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O

【解析】

印刷電路板回收液的pH=1，含Fe2+、Cu2+、Cl-及H+和少量Fe3+，由于微粒的氧化性：Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+，向其中加入足量的Fe粉，會先后發(fā)生反應：2Fe3++Fe=3Fe2+；Fe+Cu2+=Fe2++Cu；Fe+2H+=Fe2++H2↑.然后過濾除去過量的Fe及產生的Cu，向濾液中加入雙氧水，發(fā)生反應：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，調整溶液中Fe3+與Fe2+的物質的量的比，使n(Fe3+)：n(Fe2+)=1.6：1，然后向溶液中加入NaOH溶液，調整溶液pH，發(fā)生反應產生Fe3O4和H2O，過濾得到磁性氧化鐵。

(1)過程Ⅰ中Fe與Cu2+發(fā)生置換反應產生Cu單質與Fe2+，所以過程Ⅰ中除銅反應的離子方程式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；

(2)過程Ⅱ中加入H2O2，發(fā)生氧化還原反應：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，調n(Fe3+)：n(Fe2+)比為1.6：1，在此過程中有少量無色氣體生成，該氣體為O2，這是由于Fe3+具有催化作用，能夠使H2O2分解放出O2；

(3)(i)①取靜置后的上層清液，向其中加入K3[Fe(CN)6]溶液，若產生藍色沉淀，就證明該溶液中含有Fe2+；

②pH≈4時，c(H+)=10-4 mol/L，則溶液中c(OH-)= mol/L=10-10 mol/L，由于在25℃時：Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16，則要形成Fe(OH)2沉淀，需要Fe2+的最小濃度為c(Fe2+)>=8.0×104 mol/L，根據氯化亞鐵溶解度，S(FeCl2)=64g，則溶液中亞鐵離子濃度不可能達到，因此沉淀中一定不含有Fe(OH)2；

(ii)①若調節(jié)pH過程太慢，在溶液pH≈5時，Fe2+容易被溶解在溶液中的O2氧化生成FeO(OH)固體影響產品質量，發(fā)生反應的離子方程式為：4Fe2++O2+6H2O=4FeO(OH) +8H+；

②若其它條件不變，調節(jié)pH過高，如溶液pH>9、溫度高于95oC，Fe(OH)2還原性增強，與空氣中氧氣反應速率加快，使Fe(OH)3增加過多，Fe(OH)3受熱分解產生紅棕色Fe2O3，使產品中混有較多紅棕色雜質；

(iii)迅速將溶液調節(jié)pH=9，在80~90℃下攪拌2小時，發(fā)生反應：Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O，然后過濾、洗滌、干燥得到晶體產品；

(4)取產品樣品a g，加過量硫酸溶解，發(fā)生反應：Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O，得到樣品溶液，然后用col/LKMnO4標準液滴定，發(fā)生MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O。

i.取v0mL樣品溶液，用標準液滴定至終點，消耗標準液v1mL，n(KMnO4)=c·V=c mol/L×v1×10-3 L=cv1×10-3 mol；則n(Fe2+)=5n(KMnO4)=5cv1×10-3 mol；

ii.另取v0mL樣品溶液，加入適量鋅粉充分反應(將Fe3+完全轉化為Fe2+)，過濾，再用標準液滴定濾液至終點，消耗標準液v2mL，則反應后溶液中Fe2+總物質的量為n(Fe2+)=5n(KMnO4)總=5cv2×10-3 mol；原溶液中Fe3+的物質的量為n(Fe3+)=5cv2×10-3 mol-5cv1×10-3 mol=5c(v2-v1)×10-3 mol。

(5)晶體中Fe3+和Fe2+的物質的量比==。