Question

(14分) 复印机使用的墨粉主要成分是Fe₃O₄，下图是氧化沉淀法生产Fe₃O₄的工艺：

已知：① 工业绿矾中FeSO₄的含量为52.5%，其中的杂质不参与反应；

 ②  Fe(OH)₂＋2Fe(OH)₃＝Fe₃O₄·4H₂O  

③  12.16﹡1000﹡52.5%=6384, 6384／152=42请回答下列问题：

（1）铁的常见氧化物有            ；

（2）Fe₃O₄与稀硝酸反应的离子方程式是                            ，检验反应后的溶液中含Fe³⁺的方法               ；

（3）在工艺流程中，通入适量空气“氧化”时的化学方程式是：                ；

（4）生产中可获得的副产品是           ，提取该副产品的操作顺序是          （填写序号）

a．过滤    b．加热浓缩    c．冷却    d．结晶    e．洗涤

（5）在生产过程中，若工业绿矾的投料速率是12.16 kg/h，为使产品较纯，鼓入空气的速率应为              L/h（假设反应在标准状态下进行，空气中O₂占20%）。

Answer

（1）FeO、Fe2O3、Fe3O4  (3分)

（2）3Fe3O4 + 28H＋＋NO3－＝9Fe3＋＋NO↑＋14H2O   (2分)     取待测液少许于试管中，加入适量的KSCN溶液，若溶液显血红色，则证明含Fe3+ (2分)

（3）4Fe(OH)2＋2H2O＋O2＝4Fe(OH)3 (2分)

（4）Na2SO4·10H2O（或芒硝，写Na2SO4也可） (1分)  bcdae  (2分)

（5）784 (2分)

【解析】（1）铁的主要化合价是＋2价和＋3价，所以常见氧化物是FeO、Fe2O3、Fe3O4。

（2）硝酸具有强氧化性，Fe3O4中含有亚铁离子，所以二者发生氧化还原反应，生成硝酸铁和NO及水。检验铁离子一般用KSCN溶液，现象是溶液显血红色。

（3）氢氧化亚铁具有还原性，极易被氧化生成氢氧化铁。

（4）根据转化示意图和原子守恒可判断，副产物是硫酸钠。要使溶液中的硫酸钠析出，需要加热浓缩，然后利用溶解度随温度的变化通过冷却结晶，即得到硫酸钠晶体，过滤洗涤即可。

（5）要使产品较纯，则氧气和氢氧化亚铁要恰好反应。根据题意可知，每小时通过的硫酸亚铁是42mol。根据Fe(OH)2＋2Fe(OH)3＝Fe3O4·4H2O可知，氢氧化亚铁和氢氧化铁的物质的量之比是1︰2的，所以需要氧化氢氧化亚铁是28mol，则消耗氧气是。所以通过的空气是7mol×5×22.4L/mol＝784L。