Question

鐵鹽、亞鐵鹽在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活、污水處理等方面有著極其廣泛的應用．
（1）用鐵屑與稀硫酸反應制備FeSO₄
①制備原理用離子方程式表示為

 

．若要提高
FeSO₄生成速率，采取下列措施中正確的是

 

．
A．使用濃硫酸與鐵屑反應
B．使用磨細的鐵粉反應
C．控制溫度在50～70℃
D．控制溫度在80～100℃
②在上述反應過程中，常會伴隨發(fā)生反應：4Fe²⁺+O₂+4H⁺?4Fe³⁺+2H₂O
若要減少產(chǎn)品FeSO₄中Fe³⁺的含量，采取下列措施中正確的是

 

．
A．控制稀硫酸的濃度不能太高
B．用去O₂蒸餾水注入濃硫酸配制反應所需的稀硫酸
C．反應中保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1
D．反應中應經(jīng)常添加Fe₂（SO₄）₃攪拌
③反應結(jié)束后，將溶液進行

 

、冷卻、過濾、洗滌即得FeSO₄?7H₂O晶體．
（2）工業(yè)上用含有少量Cu、Al的廢鐵屑制備Fe₂（SO₄）₃
其反應及操作流程如下：

①加入NaHCO₃并攪拌，將混合液pH調(diào)控至

 

范圍內(nèi)，使雜質(zhì)沉淀過濾除去．

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀	2.3	7.5	3.4	4.7
完全沉淀	3.2	9.7	4.4	6.7

②反應Ⅱ中反應的離子方程式是：

 

．
③生產(chǎn)中，將反應Ⅱ產(chǎn)生的NO配比一種氣體X，混合后重新通入反應Ⅱ中，該設計的目的是

 

，氣體X與NO配比的比例是

 

．
（3）用Fe₂（SO₄）₃處理含S^2-污水時，有黑色沉淀及淡黃色懸浮物產(chǎn)生，其反應的離子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)離子方程式的書寫規(guī)則來進行書寫；一般增大接觸面積、增大濃度、增大壓強、升高溫度，反應的反應速率增大，以此來解答；
②A．稀硫酸的濃度太高，4Fe²⁺+O₂+4H⁺?4Fe³⁺+2H₂O平衡向正反應方向移動；
B．濃硫酸配制反應所需的稀硫酸應該是濃硫酸注入水中；
C．反應中保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1，鐵過量，鐵和三價鐵反應生成二價鐵離子；
D．反應中應經(jīng)常添加Fe₂（SO₄）₃攪拌，引入三價鐵離子；
③不溶性固體和溶液的分離，應為過濾操作；
（2）①用含有少量Cu、Al的廢鐵屑制備Fe₂（SO₄）₃，用硫酸溶解后溶液中含有亞鐵離子、銅離子和鋁離子，加入NaHCO₃并攪拌，將混合液pH調(diào)控至6.7～7.5，使銅離子和鋁離子全部轉(zhuǎn)化為沉淀，而亞鐵離子未沉淀；
②氫離子和硝酸根在同一溶液，相當于稀硝酸，亞鐵離子具有還原性，酸性溶液中硝酸根離子具有強氧化性，發(fā)生氧化還原反應，生成一氧化氮和三價鐵離子，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒書寫離子反應方程式；
③一氧化氮易與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸，總的反應為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，將反應Ⅱ產(chǎn)生的NO配比一種氣體O₂，混合后重新通入反應Ⅱ中，可節(jié)約Fe（NO₃）₃、防止NO污染；
（3）三價鐵離子具有強氧化性，硫離子具有還原性，發(fā)生氧化還原生成硫和硫化亞鐵，據(jù)此解答；

解答：解：（1）①鐵屑與稀硫酸反應：H₂SO₄+Fe═FeSO₄+H₂↑，鐵為單質(zhì)寫化學式，硫酸是強酸拆寫成離子形式，硫酸亞鐵是強電解質(zhì)拆寫成離子形式，所以離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
A．使用濃硫酸與鐵屑反應，濃硫酸與鐵屑發(fā)生鈍化，反應停止，故A錯誤；
B．使用磨細的鐵粉反應，增大了反應物的接觸面積，反應速率加快，故B正確；
C．控制溫度在50～70℃，溫度較高，反應速率快，在該溫度硫酸亞鐵的溶解度最大，利于反應的進行，故C正確；
D．控制溫度在80～100℃，稀硫酸在100℃變成了氣態(tài)，不利于鐵和稀硫酸充分反應，在該溫度硫酸亞鐵的溶解度變小，不利于反應的進行，故D錯誤；
故答案為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；B、C；
②A．較濃的硫酸對于4Fe²⁺+O₂+4H⁺?4Fe³⁺+2H₂O等于增大反應物氫離子的濃度，平衡向生成三價鐵離子的方向移動，所以需控制稀硫酸的濃度不能太高，故A正確；
B．濃硫酸的密度比水大，濃硫酸配制反應所需的稀硫酸，應該是濃硫酸注入去O₂蒸餾水，否則水進入濃硫酸發(fā)生飛濺易發(fā)生事故，故B錯誤；
C．當反應中保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1時，鐵過量，過量的鐵和三價鐵離子反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可減少產(chǎn)品FeSO₄中Fe³⁺的含量，故C正確；
D．反應中應經(jīng)常添加Fe₂（SO₄）₃攪拌，引入三價鐵離子，增加產(chǎn)品FeSO₄中Fe³⁺的含量，故D錯誤；
故答案為：A、C；
③用鐵屑與稀硫酸反應制備FeSO₄，含有不溶性固體過量的鐵，過量的鐵和溶液硫酸亞鐵分離，應為過濾操作，最后所得濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾可得到FeSO₄?7H₂O晶體，
故答案為：過濾；
（2）①用硫酸溶解含有少量Cu、Al的廢鐵屑，溶液中含有亞鐵離子、銅離子和鋁離子，根據(jù)沉淀與PH之間的關(guān)系表可知，當PH等于6.7時，銅離子全部轉(zhuǎn)化為氫氧化銅沉淀，鋁離子全部轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，此時亞鐵離子為沉淀，當PH大于7.5時，亞鐵離子開始沉淀，所以PH在6.7～7.5之間，
故答案為：6.7～7.5；
②氫離子和硝酸根在同一溶液，相當于稀硝酸，亞鐵離子具有還原性，酸性溶液中硝酸根離子具有強氧化性，發(fā)生氧化還原反應，生成一氧化氮和三價鐵離子，二價鐵離子變?yōu)槿齼r鐵離子失去1個電子，硝酸根離子得到三個電子變成一氧化氮，所以亞鐵離子和三價鐵離子前的系數(shù)都為3，再根據(jù)原子守恒，該離子反應方程式為3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
③反應Ⅱ中需要強氧化性的酸將二價鐵離子氧化，一氧化氮有毒，但一氧化氮易與氧氣反應生成二氧化氮，二氧化氮和水反應生成硝酸，總的反應為4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，將O₂和反應Ⅱ產(chǎn)生的NO，按3：4配比混合后重新通入反應Ⅱ中，可節(jié)約Fe（NO₃）₃、防止NO污染，
故答案為：節(jié)約Fe（NO₃）₃、防止NO污染；3：4；
（3）根據(jù)信息用Fe₂（SO₄）₃處理含S^2-污水時，有淡黃色懸浮物產(chǎn)生的是硫，黑色沉淀是硫化亞鐵，根據(jù)得失電子守恒，硫離子變?yōu)閱钨|(zhì)硫失去2個電子，三價鐵離子變?yōu)槎�價鐵，得到1個電子，所以三價鐵離子和硫化亞鐵前的系數(shù)都為2，根據(jù)原子守恒，該反應的離子反應方程式為2Fe³⁺+3S^2-=2FeS↓+S，
故答案為：2Fe³⁺+3S^2-=2FeS↓+S；

點評：本題考查鐵屑與稀硫酸反應制備FeSO₄，讀懂工藝流程，熟練運用氧化還原反應原理、平衡移動原理是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．