Question

【題目】聚合硫酸鐵、明礬可用作凈水劑。某課題組擬以廢棄的鋁鐵合金為原料制備聚合硫酸鐵和明礬，設(shè)計化工流程如下：

已知：聚合硫酸鐵能溶于水，微溶于乙醇，其化學(xué)式可表示為[Fe2(OH)x(SO4)y]n。

(1)在聚合硫酸鐵中，x、y之間的關(guān)系是_______________。試劑X中溶質(zhì)的化學(xué)式為______。

(2)寫出上述流程圖中的“氧化”的離子方程式：______________該設(shè)計存在缺陷，請?zhí)岢龈倪M意見；________

(3)加入試劑Y的目的是為了調(diào)節(jié)溶液的pH，若Y為氧化物，寫出調(diào)節(jié)pH的離子方程式：_____

(4)已知常溫下Fe(OH)3和Mg(OH)2的Ksp分別為8.0×10-38、1.0×10-11，向濃度均為0.1mol/L的FeCl3、MgCl2 的混合溶液中加入堿液，要使Fe3+ 剛好完全沉淀的pH為____，而Mg2+剛好開始要沉淀的pH為__________。（已知lg 2=0.3）

Answer 1

【答案】x+2y=6 KOH 3Fe2+ +4H+ + NO3— == 3Fe3+ + NO ↑ +2H2O 將稀硝酸改為雙氧水或通入氧氣 Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O 3.3 9

【解析】

由流程可知，廢棄的鋁鐵合金加入氫氧化鉀溶液浸泡，鋁反應(yīng)得到偏鋁酸鉀溶液，過濾后濾液經(jīng)一系列操作反應(yīng)生成硫酸鋁鉀，濾渣中加入稀硫酸和鐵，反應(yīng)生成硫酸亞鐵，加入稀硝酸氧化為硫酸鐵，加入試劑Y調(diào)節(jié)溶液的pH值，但不能引入新的雜質(zhì)，加入氧化鐵和酸反應(yīng)來調(diào)節(jié)溶液的pH值，酸性越強，對鐵離子水解程度抑制越大，生成氫氧化鐵越少，得到溶液通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，可以得到聚合硫酸鐵；

(1) 根據(jù)化合價的代數(shù)和為零分析計算；根據(jù)鋁能與強堿反應(yīng)，鐵不與強堿反應(yīng)分析加入的試劑X；

(2) 流程圖中的“氧化”的過程是硝酸將Fe2+氧化為Fe3+的過程，據(jù)此書寫離子方程式；從能夠引入新雜質(zhì)的角度分析存在的缺陷；

(3)加入氧化鐵，和酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH，不引入新的雜質(zhì)，由此書寫離子方程式；

(4)根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)和Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)c2(OH-)計算出c(OH-)進一步計算pH。

(1) 根據(jù)化合價的代數(shù)和為零可知(+3)×2+(-1)×x+(-2)×y=0，因此可得x、y之間的關(guān)系為x+2y=6；鋁能與強堿反應(yīng)，鐵不與強堿反應(yīng)，再結(jié)合不引入新雜質(zhì)的原則，可知加入的試劑X為KOH；

(2) 流程圖中的“氧化”的過程是硝酸將Fe2+氧化為Fe3+的過程，離子方程式為：3Fe2+ +4H+ + NO3- = 3Fe3+ + NO ↑ +2H2O；流程中氧化過程中加入稀硝酸，會引入新的雜質(zhì)，可將稀硝酸改為雙氧水或通入氧氣；

(3) 加入氧化鐵，和酸反應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH，不引入新的雜質(zhì)，因此離子方程式為：Fe2O3+6H+＝2Fe3++3H2O；

(4) 因Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)c3(OH-)，那么c(OH-)===2×10-13×mol/L，因Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)c2(OH-)，那么c(OH-)===1.0×10-5mol/L，此時即要使Fe3+ 剛好完全沉淀，c(OH-)=2×10-13×mol/L，那么c(H+)=，此時溶液的pH=3.3；Mg2+剛好開始要沉淀，c(OH-)=1.0×10-5mol/L，那么c(H+)==10-9mol/L，此時pH=9。