Question

15．堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]是一種用于污水處理的新型髙效絮凝劑，在醫(yī)藥上也可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)堿式硫酸鐵的流程如圖：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表：

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）粉碎過篩的目的是選取細小顆粒，增大反應(yīng)接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率．
（2）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀．
（3）反應(yīng)釜中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O．在實際生產(chǎn)中，常同時通入O₂以減少NaNO₂的用量，若參與反應(yīng)的O₂有11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于約NaNO₂的物質(zhì)的量為2mol．
（4）聚合釜中溶液的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)．pH偏小時Fe³⁺水解程度弱，PH偏大時則形成Fe（OH）₃沉淀．
（5）相對于常壓蒸發(fā)，減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是減壓蒸發(fā)，可防止溫度過高，堿式硫酸鐵分解．

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，
（1）固體溶解時，通過借助于固體粉碎、玻璃棒攪拌或加熱等方法，加快固體溶解，提高浸取率；
（2）要制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，需要調(diào)節(jié)溶液的pH在4.4≤pH＜7.5之間；
（3）反應(yīng)釜中發(fā)生的反應(yīng)為Fe²⁺在酸性條件下被NO₂^-氧化為Fe³⁺，同時得到還原產(chǎn)物NO，可根據(jù)電子守恒和原子守恒寫出此反應(yīng)的離子方程式；
所消耗氧氣得到的電子的物質(zhì)的量相當(dāng)于NaNO₂得到電子的物質(zhì)的量；
（4）Fe³⁺水解極易水解，pH過大易促進其水解生成Fe（OH）₃沉淀，產(chǎn)物不純；
（5）減壓蒸發(fā)可以降低溶液的沸點．

解答 解：（1）為提高“酸浸”反應(yīng)速率，可通過將固體粉碎過篩達到選取細小顆粒，增大反應(yīng)接觸面積來實現(xiàn)，故答案為：選取細小顆粒，增大反應(yīng)接觸面積，提高“酸浸”反應(yīng)速率；
（2）為了使Fe³⁺和Al³⁺完全分離，可通過加入少量NaHCO₃來調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀，故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，使溶液中的Al³⁺完全沉淀；
（3）反應(yīng)釜中Fe²⁺在酸性條件下被NO₂^-氧化為Fe³⁺，同時得到還原產(chǎn)物NO時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O，n（O₂）=$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$=0.5mol，則得到電子0.5mol×4=2mol，1mol NaNO₂被還原生成NO，化合價由+3價降低到+2價，得到1mol電子，則需要2mol NaNO₂，
故答案為：2H⁺+Fe²⁺+NO₂^-=Fe³⁺+NO↑+H₂O；2mol；
（4）為防止Fe³⁺水解生成Fe（OH）₃沉淀，產(chǎn)物不純，調(diào)節(jié)溶液pH時不易過大，故答案為：形成Fe（OH）₃沉淀；
（5）蒸發(fā)時選擇減壓蒸發(fā)，可降低沸點，避免高溫下堿式硫酸鐵分解，故答案為：減壓蒸發(fā)，可防止溫度過高，堿式硫酸鐵分解．

點評 本題考查制備原理的設(shè)計，題目難度中等，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和題給信息判斷可能發(fā)生的反應(yīng)，離子方程式的書寫為解答該題的難點，也是易錯點，注意體會書寫方法．