Question

工業上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵等）生產堿式硫酸鐵[Fe(OH)SO4]的工藝流程如下：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH如下表：

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）反應I溶液中存在的金屬陽離子有__________________。
（2）加入NaHCO3的目的是調節pH，使溶液中的______（填“Fe3+”、“Fe2+”或“A13+”）沉淀。該工藝流程中“攪拌”的作用是_____________。
（3）反應II的離子方程式為__________。在實際生產中，反應II常同時通入O2以減少NaNO2的用量，O2與NaNO2在反應中均作為________。若參與反應的O2有11.2L(標準狀況)，則相當于節約NaNO2物質的量為__________。
（4）堿式硫酸鐵溶于水后產生的[Fe(OH)]2＋離子，可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合離子。該水解反應的離子方程式為__________________________。

Answer 1

（1）Fe2＋、Al3＋（1分，有錯不得分）
（2）Al3＋（1分）；加快反應速率（或使反應物充分接觸，意思相近均給分）（1分）
（3）Fe2＋＋NO2－＋2H＋＝Fe3＋＋NO↑＋H2O（2分）；氧化劑（1分）；2mol（1分）
（4）2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋（2分）

試題分析：（1）稀硫酸與鐵、氧化鋁、氧化鐵反應的生成物分別是硫酸亞鐵和氫氣、硫酸鋁和水、硫酸鐵和水。由于鐵是過量的，所以生成的硫酸鐵繼續與鐵反應生成硫酸亞鐵，因此反應I溶液中存在的金屬陽離子有Fe2＋、Al3＋。
（2）由于溶液中只有Fe2＋、Al3＋兩種金屬陽離子，而氫氧化鋁開始沉淀時的pH值大于氫氧化亞鐵開始沉淀時的pH值，所以加入NaHCO3的目的是調節pH，使溶液中的Al3＋沉淀；由于攪拌時可以增大反應物的接觸面積，從而加快反應速率。
（3）反應II中有NO生成，這說明反應中亞硝酸是氧化劑，將亞鐵離子氧化生成了鐵離子，反應的離子方程式為Fe2＋＋NO2－＋2H＋＝Fe3＋＋NO↑＋H2O；由于要將亞鐵離子氧化為鐵離子，所以O2與NaNO2在反應中均作為氧化劑；標準狀況下11.2L氧氣的物質的量是11.2L÷22.4L/mol＝0.5mol，氧氣在反應中得到4個電子，所以0.5mol氧氣可以得到2mol電子。亞硝酸鈉中氮元素的化合價是＋3價，其還原產物中氮元素的化合價是＋2價，得到1個電子，所以根據電子守恒可知，相當于是節省了2mol亞硝酸鈉。
（4）[Fe(OH)]2＋離子可部分水解生成[Fe2(OH)4]2＋聚合離子，則根據電荷守恒可知一定還有氫離子生成，所以反應的離子方程式為2[Fe(OH)]2＋＋2H2O[Fe2(OH)4]2＋＋2H＋。