Question

（15分）鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。研究鐵及其化合物的應(yīng)用意義重大。

I.水體的凈化和污水的處理與鐵及其化合物密切相關(guān)。

（1）自來(lái)水廠常用高鐵酸鈉（Na₂FeO₄）改善水質(zhì)。簡(jiǎn)述高鐵酸鈉用于殺菌消毒同時(shí)又起到凈水作用的原理___________。

（2）堿式硫酸鐵［Fe(OH)SO₄］是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫(yī)藥上也可用于治療消化性潰瘍出血。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(jiàn)下表：

回答下列問(wèn)題：

①寫(xiě)出反應(yīng)I中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式___________。

②加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，應(yīng)控制pH的范圍為_(kāi)___________。

③在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)II常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，若通入5.6L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的質(zhì)量為_(kāi)___________g。

④堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的［Fe(OH)］²⁺離子，可部分水解生成［Fe₂(OH)₄］²⁺聚合離子。該水解反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)__________。

II鐵的化合物也是制備高能鋰電池的重要原料。已知磷酸亞鐵鋰電池總反應(yīng)為：

FePO₄+LiLiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li⁺。試寫(xiě)出該電池充電時(shí)的陽(yáng)極反應(yīng)式____________。常溫下以該電池為電源電解200mL飽和食鹽水，當(dāng)消耗1.4g Li時(shí)，溶液的pH為_(kāi)___________。（忽略溶液的體積變化）。

 

Answer 1

【答案】

Ⅰ、（1）FeO₄^2－有強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，本身被還原為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈水的目的（2分）

（2）①Fe +2 Fe³⁺==3 Fe²⁺ （1分）     Fe +2H⁺== Fe²⁺ + H₂↑（1分）

②4.4~7.5（2分）   ③69（2分）   ④2[Fe(OH)] ²⁺ + 2H₂O[Fe₂(OH)₄] ²⁺ +2H⁺（2分）

Ⅱ、LiFePO₄－e^－== FePO₄+Li⁺（2分）    14（3分）

【解析】Ⅰ、（1）FeO₄^2－中鐵的化合價(jià)是＋6價(jià)，具有強(qiáng)的氧化性，能殺菌消毒，本身被還原為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺發(fā)生水解生成氫氧化鐵膠體吸附水中的雜質(zhì)，達(dá)到凈水的目的。

（2）①根據(jù)廢鐵屑中的成分可知，應(yīng)I中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)的離子方程式Fe +2 Fe³⁺==3 Fe²⁺ 、Fe +2H⁺== Fe²⁺ + H₂↑。

②調(diào)節(jié)pH的目的是沉淀鋁離子，所以根據(jù)陽(yáng)離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH可知，溶液的pH應(yīng)控制在4.4~7.5。

③5.6L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的物質(zhì)的量是0.25mol，轉(zhuǎn)移電子是1mol。由于亞硝酸鈉的還原產(chǎn)物是NO，所以可節(jié)約1mol亞硝酸鈉，其質(zhì)量是69g。

④根據(jù)反應(yīng)物和生成物可知，水解方程式為2[Fe(OH)] ²⁺ + 2H₂O[Fe₂(OH)₄] ²⁺ +2H⁺。

Ⅱ、充電時(shí)陽(yáng)極失去電子，所以方程式為L(zhǎng)iFePO₄－e^－== FePO₄+Li⁺。1.4g Li轉(zhuǎn)移的電子是0.2mol，所以根據(jù)方程式2NaCl＋2H₂OH₂↑＋Cl₂↑＋2NaO可知，生成氫氧化鈉是0.2mol，即氫氧化鈉的濃度是1.0mol/L，所以pH＝14。