Question

氧化鐵是一種重要的無機(jī)材料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐熱性和對紫外線的屏蔽性，從某種工業(yè)酸性廢液（主要含Na⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Cl^-、SO₄^2-）中回收氧化鐵流程如下：

已知：常溫下K_sp（Mg （OH）₂）=1.2×10^-11；K_sp（Fe（OH）₂）=2.2×10^-16；K_sp（Fe（OH）₃）=3.5×10^-38；K_sp（Al（OH）₃）=1.0×10^-33
（1）寫出在該酸性廢液中通入空氣時發(fā)生的離子反應(yīng)方程式：

 

；指出使用空氣的優(yōu)點(diǎn)是：

 

；
（2）已知Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq）=Fe（OH）₃（s）；△H=-Q₁ kJ/mol，題（1）中每生成1mol含鐵微粒時，放熱Q₂，請你計算1molFe²⁺全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃（s）的熱效應(yīng)：△H=

 

；
（3）常溫下，根據(jù)已知條件計算在PH=5的溶液中，理論上下列微粒在該溶液中可存在的最大濃度c（Fe³⁺）=

 

，c（Mg²⁺）=

 

；
（4）有人用氨水調(diào)節(jié)溶液pH，在pH=5時將Fe（OH）₃沉淀出來，此時可能混有的雜質(zhì)是

 

（填化學(xué)式，下同），用

 

試劑可將其除去；
（5）指出濾液可能的回收途徑（只答一種即可）：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,有關(guān)反應(yīng)熱的計算,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作

分析：（1）酸性廢液中通入空氣時，F(xiàn)e²⁺被空氣中的氧氣所氧化，離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O．該方法的優(yōu)點(diǎn)是耗費(fèi)少且無污染．
（2）根據(jù)蓋斯定律計算；
（3）溶液pH=5，則c（OH^-）=10^-9mol?L^-1，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=3.5×10^-38，K_sp[Mg（OH）₂]=1.2×10^-11，可計算；
（4）根據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=1.0×10^-33，可計算出溶液pH=5時，c（Al³⁺）＜1.0×10^-5，Al³⁺也幾乎完全沉淀，故可能混有的雜質(zhì)是Al（OH）₃．Al（OH）₃溶于強(qiáng)堿，而Fe（OH）₃不溶，故可用NaOH溶液除去．
（5）根據(jù)濾液中的成分分析用途；

解答： 解：（1）酸性廢液中通入空氣時，F(xiàn)e²⁺被空氣中的氧氣所氧化，離子方程式為4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，該方法的優(yōu)點(diǎn)是耗費(fèi)少且無污染，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺═4Fe³⁺+2H₂O，耗費(fèi)少且無污染；
（2）根據(jù)蓋斯定律由Fe³⁺（aq）+3OH^-（aq）=Fe（OH）₃（s）；△H=-Q₁ kJ/mol，題（1）中每生成1mol含鐵微粒時，放熱Q₂，則1 mol Fe²⁺全部Fe³⁺放熱為Q₂，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃（s）的放熱為Q₁，所以1 mol Fe²⁺全部轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃（s）的熱效應(yīng)△H=-（Q₂+Q₁）kJ?mol^-1，
故答案為：-（Q₂+Q₁）kJ?mol^-1；
（3）溶液pH=5，則c（OH^-）=10^-9mol?L^-1，根據(jù)K_sp[Fe（OH）₃]=3.5×10^-38，K_sp[Mg（OH）₂]=1.2×10^-11，
則c（Fe³⁺）=

Ksp[Fe(OH)3]

c(OH -) 3

=3.5×10^-11mol?L^-1、c（Mg²⁺）=

Ksp[Mg(OH)2]

c(OH-)2

=1.2×10⁷mol?L^-1，
故答案為：3.5×10^-11mol?L^-1、1.2×10⁷mol?L^-1；
（4）根據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=1.0×10^-33，可計算出溶液pH=5時，c（Al³⁺）＜1.0×10^-5，Al³⁺也幾乎完全沉淀，故可能混有的雜質(zhì)是Al（OH）₃．Al（OH）₃溶于強(qiáng)堿，而Fe（OH）₃不溶，故可用NaOH溶液除去．故答案為：Al（OH）₃，NaOH溶液；
（5）根據(jù)以上分析，濾液中主要含銨鹽，所以可以用著制作氮肥，故答案為：制作氮肥；

點(diǎn)評：本題主要考查了離子的分離及其物質(zhì)的制備，涉及的內(nèi)容比較綜合，難度較大，考查考生運(yùn)用金屬元素的有關(guān)知識分析解決問題的能力．