Question

氧化铁是一种重要的无机材料，化学性质稳定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐热性和对紫外线的屏蔽性，从某种工业酸性废液(主要含Na^＋、Fe^2＋、Fe^3＋、Mg^2＋、Al^3＋、Cl^－、SO₄^2—)中回收氧化铁流程如图所示：

已知：常温下K_sp[Mg(OH)₂]＝1.2×10^－11；K_sp[Fe(OH)₂]＝2.2×10^－16；K_sp[Fe(OH)₃]＝3.5×10^－38；K_sp[Al(OH)₃]＝1.0×10^－33

(1)写出在该酸性废液中通入空气时发生反应的离子方程式：_____，指出使用空气的优点是：_______。

(2)已知Fe^3＋(aq)＋3OH^－(aq)===Fe(OH)₃(s)　ΔH＝－Q₁ kJ/mol，题(1)中每生成1 mol含铁微粒时，放热Q₂，请你计算1 mol Fe^2＋全部转化为Fe(OH)₃(s)的热效应ΔH＝______。

(3)常温下，根据已知条件计算在pH＝5的溶液中，理论上下列微粒在该溶液中可存在的最大浓度c(Fe^3＋)＝_________。

(4)有人用氨水调节溶液pH，在pH＝5时将Fe(OH)₃沉淀出来，此时可能混有的杂质是_____(填化学式，下同)，用____试剂可将其除去。

Answer

4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 耗费少且无污染 －(Q2＋Q1) kJ/mol 3.5×10－11 mol/L Al(OH)3 NaOH

【解析】

(1)酸性废液中通入空气时，Fe2+被空气中的氧气所氧化，离子方程式为4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O，根据空气的来源和对环境的影响分析解答；

(2)根据盖斯定律分析计算；

(3)溶液pH=5，则c(OH-)=10-9mol•L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38计算；

(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33和Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－11，计算判断铝离子、镁离子是否完全沉淀，结合Al(OH)3溶于强碱，而Fe(OH)3不溶分析解答。

(1)酸性废液中通入空气时，Fe2+被空气中的氧气所氧化，离子方程式为4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O，该方法的优点是耗费少且无污染，故答案为：4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O，耗费少且无污染；

(2)根据盖斯定律由Fe3+(aq)+3OH-(aq)=Fe(OH)3(s) △H=-Q1 kJ/mol，题(1)中每生成1mol含铁微粒时，放热Q2，则1 mol Fe2+全部Fe3+放热为Q2，Fe3+转化为Fe(OH)3(s)的放热为Q1，所以1 mol Fe2+全部转化为Fe(OH)3(s)的热效应△H=-(Q2+Q1)kJ•mol-1，故答案为：-(Q2+Q1)kJ•mol-1；

(3)溶液pH=5，则c(OH-)=10-9mol•L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38，则c(Fe3+)==3.5×10-11mol•L-1，故答案为：3.5×10-11mol•L-1；

(4)根据Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可计算出溶液pH=5时，c(OH-)=10-9mol•L-1，c(Al3+)==1.0×10-6＜1.0×10-5，Al3+也几乎完全沉淀，Mg2+没有沉淀故可能混有的杂质是Al(OH)3；Al(OH)3溶于强碱，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去，故答案为：Al(OH)3；NaOH溶液。