Question

（15分）铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛。研究铁及其化合物的应用意义重大。

I.水体的净化和污水的处理与铁及其化合物密切相关。

（1）自来水厂常用高铁酸钠（Na₂FeO₄）改善水质。简述高铁酸钠用于杀菌消毒同时又起到净水作用的原理___________。

（2）碱式硫酸铁［Fe(OH)SO₄］是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

回答下列问题：

①写出反应I中发生的氧化还原反应的离子方程式___________。

②加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液pH，应控制pH的范围为____________。

③在实际生产中，反应II常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若通入5.6L O₂（标准状况），则相当于节约NaNO₂的质量为____________g。

④碱式硫酸铁溶于水后产生的［Fe(OH)］²⁺离子，可部分水解生成［Fe₂(OH)₄］²⁺聚合离子。该水解反应的离子方程式为___________。

II铁的化合物也是制备高能锂电池的重要原料。已知磷酸亚铁锂电池总反应为：

FePO₄+LiLiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li⁺。试写出该电池充电时的阳极反应式____________。常温下以该电池为电源电解200mL饱和食盐水，当消耗1.4g Li时，溶液的pH为____________。（忽略溶液的体积变化）。

Answer

Ⅰ、（1）FeO42－有强的氧化性，能杀菌消毒，本身被还原为Fe3+，Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质，达到净水的目的（2分）

（2）①Fe +2 Fe3+==3 Fe2+ （1分）     Fe +2H+== Fe2+ + H2↑（1分）

②4.4~7.5（2分）   ③69（2分）   ④2[Fe(OH)] 2+ + 2H2O[Fe2(OH)4] 2+ +2H+（2分）

Ⅱ、LiFePO4－e－== FePO4+Li+（2分）    14（3分）

【解析】Ⅰ、（1）FeO42－中铁的化合价是＋6价，具有强的氧化性，能杀菌消毒，本身被还原为Fe3+，Fe3+发生水解生成氢氧化铁胶体吸附水中的杂质，达到净水的目的。

（2）①根据废铁屑中的成分可知，应I中发生的氧化还原反应的离子方程式Fe +2 Fe3+==3 Fe2+ 、Fe +2H+== Fe2+ + H2↑。

②调节pH的目的是沉淀铝离子，所以根据阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH可知，溶液的pH应控制在4.4~7.5。

③5.6L O2（标准状况）的物质的量是0.25mol，转移电子是1mol。由于亚硝酸钠的还原产物是NO，所以可节约1mol亚硝酸钠，其质量是69g。

④根据反应物和生成物可知，水解方程式为2[Fe(OH)] 2+ + 2H2O[Fe2(OH)4] 2+ +2H+。

Ⅱ、充电时阳极失去电子，所以方程式为LiFePO4－e－== FePO4+Li+。1.4g Li转移的电子是0.2mol，所以根据方程式2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaO可知，生成氢氧化钠是0.2mol，即氢氧化钠的浓度是1.0mol/L，所以pH＝14。