Question

16．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產(chǎn)堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]的工藝流程如下：

已知：部分陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見下表：

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

回答下列問題：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氫氧化物沉淀），該工藝中“攪拌”的作用是使反應(yīng)物充分接觸，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)充分進(jìn)行．
（2）生產(chǎn)中堿式硫酸鐵溶液蒸發(fā)時(shí)需要在減壓條件下的原因是防止蒸發(fā)時(shí)溫度過高，堿式硫酸鐵進(jìn)一步水解生成Fe（OH）₃．
（3）反應(yīng)Ⅱ中的離子方程式為Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O或Fe²⁺+H₂O+NO₂^-=Fe（OH）²⁺+NO↑+H⁺，在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)Ⅱ常同時(shí)通入O₂循環(huán)使用產(chǎn)物以減少NaNO₂的用量，O₂的作用是2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃（或2NO+O₂=2NO₂3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO）．（用化學(xué)方程式表示）
（4）在醫(yī)藥上常用硫酸亞鐵與硫酸、硝酸的混合液反應(yīng)制備堿式硫酸鐵．根據(jù)我國(guó)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品中不得含有Fe²⁺及NO₃^-．為檢驗(yàn)所得產(chǎn)品中是否含有Fe²⁺，應(yīng)使用的試劑為D．（填寫字母）
A．溴水    B．KSCN溶液    C．NaOH溶液    D．酸性KMnO₄溶液．

Answer 1

分析 廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng) Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反應(yīng)I中加入NaHCO₃并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性條件下，NaNO₂和FeSO₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵，以此解答該題．

解答 解：廢鐵屑中含少量氧化鋁、氧化鐵等，將過量廢鐵屑加入稀硫酸中，發(fā)生反應(yīng) Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Fe₂（SO₄）₃+Fe=3FeSO₄，然后反應(yīng)I中加入NaHCO₃并攪拌，調(diào)節(jié)溶液的pH，發(fā)生反應(yīng)Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，所以濾渣中成分是Al（OH）₃，過濾得到硫酸亞鐵，向硫酸亞鐵溶液中加入稀硫酸和NaNO₂，酸性條件下，NaNO₂和FeSO₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成鐵離子、NO，將溶液蒸發(fā)濃縮、過濾得到堿式硫酸鐵，
（1）備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應(yīng)Fe（OH）₂沉淀，根據(jù)氫氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之間將鋁離子轉(zhuǎn)化為Al（OH）₃沉淀，而亞鐵離子不能生成沉淀，所以控制pH在4.4～7.5之間，攪拌的目的為使反應(yīng)物充分接觸，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)充分進(jìn)行，
故答案為：調(diào)節(jié)PH，除去溶液中Al³⁺（使溶液中Al³⁺生成氫氧化物沉淀）；使反應(yīng)物充分接觸，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)充分進(jìn)行；
（2）減小壓強(qiáng)，可降低沸點(diǎn)，可防止蒸發(fā)時(shí)溫度過高，堿式硫酸鐵進(jìn)一步水解生成Fe（OH）₃，
故答案為：防止蒸發(fā)時(shí)溫度過高，堿式硫酸鐵進(jìn)一步水解生成Fe（OH）₃；
（3）酸性條件下，亞硝酸鈉具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為鐵離子，自身被還原生成NO，所以反應(yīng)Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化Fe²⁺，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，氧氣和與NO反應(yīng)，進(jìn)一步與水反應(yīng)生成硝酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃（或2NO+O₂=2NO₂   3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO），
故答案為：Fe²⁺+2H⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O 或Fe²⁺+H₂O+NO₂^-=Fe（OH）²⁺+NO↑+H⁺；2H₂O+4NO+O₂=4HNO₃（或2NO+O₂=2NO₂   3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO）；
（4）亞鐵離子具有還原性，能被強(qiáng)氧化劑氧化生成鐵離子，反應(yīng)過程中顏色變化明顯的效果最佳，
A．溴水為橙紅色，溴將亞鐵離子氧化為鐵離子，溶液呈黃色，顏色變化不明顯，故A不選；            
B．KSCN溶液和亞鐵離子不反應(yīng)，沒有顏色變化，故B不選；      
C．NaOH溶液和亞鐵離子反應(yīng)生成白色沉淀，鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成紅褐色沉淀，掩蓋氫氧化亞鐵顏色，故C不選；      
D．酸性KMnO₄溶液呈紫色，亞鐵離子能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，現(xiàn)象明顯，故D選；
故答案為：D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離和提純，側(cè)重考查學(xué)生獲取信息及利用信息能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，注意題給信息的靈活運(yùn)用，知道常見離子的檢驗(yàn)方法及現(xiàn)象，題目難度中等．