Question

碱式硫酸铁[Fe(OH)SO₄]可用做净水剂、媒染剂等。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的部分工艺如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

（1）反应Ⅰ中氧化还原反应的离子方程式__________________ 、 ___________________。

（2）反应Ⅱ中加入NaHCO₃调节体系的pH在_____________范围内。

（3）反应Ⅲ中生成的气体遇空气变红棕色，该反应的离子方程式是_____________________。

（4）若反应Ⅲ中通入O₂可减少NaNO₂的用量，当消耗1molO₂可节约n(NaNO₂)=_____mol。

（5）用稀硫酸调节体系的pH时，若硫酸加入量过少，容易生成沉淀；若硫酸加入量过大，不利于产品形成，用化学平衡移动原理说明其原因______________________________。

（6）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)²⁺离子可部分水解生成Fe₂(OH)₄²⁺ 聚合离子，该水解反应的离子方程式为____________________________

Answer

Fe +H+ ＝Fe2+ + H2 ↑ Fe +2 Fe3+＝3Fe2+ 4.4～7.5 Fe2+ + NO2- +2H+ ＝Fe3++ NO ↑+H2O 4 Fe3+ + 3H2O＝ Fe（OH）3 + 3H+ ，若硫酸量过小，c（H+）过低，平衡向正反应方向移动，会生成Fe（OH）3 沉淀；若加入硫酸量过大，平衡逆移，溶液中c（OH-）过低,不利于产物的形成 2Fe（OH）2+ + 2H2O＝Fe2（OH）42+ + 2H+

【解析】

废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等），将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Fe2（SO4）3+Fe=3FeSO4，然后反应Ⅱ中加入NaHCO3并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑，所以滤渣中成分是Al（OH）3，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性条件下，NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，

（1）Fe为活泼金属，可与酸反应生成氯化亚铁和氢气，氧化铁与酸反应生成铁离子，铁离子可以氧化Fe反应生成硫酸亚铁；

（2）制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）3，要避免生成应Fe（OH）2沉淀，控制pH在4.4≤pH＜7.5之间；

（3）反应Ⅲ中生成的气体空气变红棕色是生成一氧化氮气体，反应Ⅲ是亚铁离子被亚硝酸钠酸性溶液中发生氧化还原反应生成硝酸铁，一氧化氮和水；

（4）n（O2）=1mol，则得到电子1mol×4=4mol，1molNaNO2被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则需要4molNaNO2；

（5）Fe3+沉淀完全时的pH=3.1，若酸度太低，碱性增强，易生成氢氧化铁沉淀；若加入硫酸过大，氢离子浓度增大，会中和Fe（OH）SO4中的氢氧根离子，不利于碱式硫酸铁的生成；

（6）[Fe（OH）]2+离子，可部分水解生成[Fe2（OH）4]2+聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式。

（1）活泼金属，可与酸反应，反应的离子方程式为Fe+2H+═Fe2++H2↑，氧化铁与酸反应生成铁离子，铁离子可以氧化Fe，离子方程式为：Fe+2Fe3+═3Fe2+；

故答案为：Fe+2H+═Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+═3Fe2+；

（2）制备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）3，要避免生成应Fe（OH）2沉淀，控制pH在4.4≤pH＜7.5之间；

故答案为：4.4≤pH＜7.5；

（3）NaNO2可氧化亚铁离子为铁离子，本身变为NO，故反应方程式为2H++Fe2++NO2-=Fe3++NO↑+H2O；

故答案为：2H++Fe2++NO2-=Fe3++NO↑+H2O；

（4）n（O2）=1mol，则得到电子1mol×4=4mol，1molNaNO2被还原生成NO，化合价由+3价降低到+2价，得到1mol电子，则需要4molNaNO2；

故答案为：4；

（5）Fe3+沉淀完全时的pH=3.1，若酸度太低，碱性增强，易生成氢氧化铁沉淀；若加入硫酸过大，氢离子浓度增大，会中和Fe（OH）SO4电离的氢氧根离子，Fe（OH）SO4⇌Fe2++2OH-+SO42-，使电离平衡向右移动，不利于碱式硫酸铁的生成；

故答案为：过量的硫酸与Fe（OH）SO4电离出来的OH-中和，使电离平衡向右移动，不利于产物生成；

（6）[Fe（OH）]2+离子，可部分水解生成[Fe2（OH）4]2+聚合离子，根据电荷守恒和质量守恒可写出反应的离子方程式为2[Fe（OH）]2++2H2O⇌[Fe2（OH）4]2++2H+；

故答案为：2[Fe（OH）]2++2H2O⇌[Fe2（OH）4]2++2H+。