Question

大型钢铁企业酸洗钢材时产生的废液主要成分为Fe²⁺、H⁺、Cl^－，可用下述方法处理该废液，回收盐酸，制备氧化铁涂料。

（1）单质X的化学式是                        。

（2）氯化亚铁溶液经高温喷雾焙烧时转化为氯化氢气体和氧化铁粉末。有关的化学方程式为：

（3）某种铁红涂料的成分中，除含有Fe₂O₃外，还添加有CuO或FeO中的一种。请设计实验探究该铁红涂料中添加的物质。

①提出合理假设

假设1：添加了CuO。    假设2：添加了FeO。

②基于假设         （填“1”或“2”），设计实验方案，进行实验。在答题卡上写出实验步骤、预期现象和结论。

限选实验试剂：铁粉、3mol•L^－1H₂SO₄、0.01 mol•L^－1酸性KMnO₄溶液、10%NaOH溶液、10%H₂O₂、KSCN溶液

操作步骤	预期现象和结论
步骤1．取少量样品于试管中，_________________ ____________________________________________	___________________________
步骤2． ____________________________________________	___________________________

（4）用水吸收“高温喷雾焙烧”时产生的氯化氢气体可得到盐酸。请计算：用1000g水需吸收标准状况下多少升氯化氢气体可得到36.5%的浓盐酸？（写出计算过程，结果可用数学表达式表示，不必化简）。

Answer

（16分）

（1）Fe                                          （1分）

（2）FeCl2 + 2H2OFe(OH)2 + 2HCl               （1分）

4Fe(OH)2 + O2 +2H2O = 4 Fe(OH)3                           （1分）

2Fe(OH)3Fe2O3 + 3H2O                      （1分，漏写条件不得分）

（或：4FeCl2+4H2O+O22 Fe2O3+8HCl           （3分，漏写条件得2分）

（3）假设1     （1分）

（以下每空2分，共8分）

实验操作

预期现象和结论

步骤1：加入足量的3mol•L－1H2SO4，充分振荡。

样品全部溶解

步骤2：取少许溶液于试管中，加入足量铁粉，充分振荡；再加入足量3mol•L－1H2SO4，充分振荡。

试管中出现红色固体，说明试样中有CuO

（评分说明）步骤1：未加“足量”和“充分振荡”扣1分。

步骤2中方案为“加足量10%NaOH溶液，如果出现蓝色沉淀，说明试样中有CuO”，则步骤2和结论得0分，因为有Fe3+和H+干扰，不一定能观察到蓝色沉淀。

或：假设2     （1分）

实验操作

预期现象和结论

步骤1：加入足量的3mol•L－1H2SO4，充分振荡。

样品全部溶解

步骤2：取少许溶液于试管中，逐滴加入0.01 mol•L－1酸性KMnO4溶液

如果紫红色褪去，说明试样中有FeO；

（评分说明）步骤1：未加“足量”和“充分振荡”扣1分。

步骤2中，用KSCN与H2O2的组合检验Fe2+，步骤2和结论得0分，因为有 Fe3+干扰。

（4）（3分）设所需的HCl体积为xL，则

(36.5x/22.4)/(1000+ 36.5x/22.4) ×100%=36.5%    （2分。正确列式得2分）

 解得x= 22400/63.5(L)=352.89(L)                       （1分，其它正确的答案也得分）

【解析】

试题分析：（1）根据除去旧杂质不引入新杂质原则，Fe+2H+=Fe2++H2↑，因此除酸步骤选择的单质X一定是过量的铁粉或铁屑；（2）氯化亚铁是强酸弱碱盐，能水解，且其水解反应是吸热反应，因此高温能使其彻底水解，生成氢氧化亚铁和氯化氢；氯化氢气体逸出，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化为氢氧化铁；氢氧化铁焙烧时分解，生成氧化铁和水；根据上述三步反应可以得到总反应式；（3）若假设1成立，Fe2O3、CuO都是难溶于水的碱性氧化物，不能直接选择试剂检验CuO的存在，必须先用足量稀硫酸溶解配成硫酸铁、硫酸铜溶液；再根据金属活动性顺序表和铁盐、铜盐的性质，Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4，Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，因此加入过量的铁粉，充分反应后析出红色固体，说明样品中含有CuO；而选择NaOH溶液或观察溶液的颜色都不行，因为铁离子对铜离子的检验造成干扰；若假设2成立，Fe2O3、FeO都是难溶于水的碱性氧化物，不能直接选择试剂检验FeO的存在，必须先用足量稀硫酸溶解配成硫酸铁、硫酸亚铁溶液；再根铁盐、亚铁盐的性质，铁盐溶液不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，而亚铁盐溶液则能，反应为5Fe2++MnO4－+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O，因此加入少量酸性高锰酸钾溶液，充分反应后溶液褪色，说明样品中含有FeO；不能选择KSCN和双氧水检验，因为铁离子会干扰亚铁离子的检验；（4）设所需的HCl体积为xL，由于n=V/22.4L•mol－1、m=n•M、m(溶液)=m(溶质)+m(水)、w(溶质)=m(溶质)/m(溶液)×100%，则(36.5x/22.4)/(1000+ 36.5x/22.4) ×100%=36.5% ，解得x= 22400/63.5(L)=352.8(L)。

考点：考查化学工艺流程大题、探究实验大题的拼盘，涉及金属元素及其化合物的主要性质、盐类水解、气体摩尔体积、物质的量、质量、质量分数的计算等。