Question

聚合硫酸铁简称聚铁［Fe₂(OH)_6-2n(SO₄)_n]_m广泛用于饮用水等的净化。某化工厂利用硫酸铜废液制备聚铁，其流程如下：

回答下列问题：

（1）试剂A为__________。

（2）本实验中两次加入硫酸，其中“加热浓缩“时加入稀硫酸，除了抑制离子水解，还为了_______，“聚合”时加硫酸是为了控制溶液的pH在一定范围内，若pH偏大，则_________。

（3）“控温氧化”时选用绿色氧化剂双氧水，该过程需要控温的原因是________。

（4）减压蒸发装置如图所示。实验开始时，应先打开减压泵，从_____（填字母）口通入冷水，再打开旋转主机；实验结束时应先关闭旋转主机，再_______，打开阀门a通大气后，最后取下______（填仪器名称），从中获得聚铁。本实验采取减压蒸发的理由是___________。

（5）测定聚合硫酸铁样品主要成分的化学式。准确称取所得聚铁样品5.520g，溶于适量稀盐酸中，然后分成两等份：

a.一份加入过量的BaCl₂溶液，然后过滤、洗涤、干燥，称重，得固体质量1.165g；

b.另一份置于250mL锥形瓶中，加入过量KI，充分反应后再用0.5000 mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。

已知：I₂+2S₂O₃^2–=2I^–+S₄O₆^2–（无色）

①计算所得产品化学式中n=_______。

②若m=4，写出“聚合”过程的化学方程式：______。

Answer

铁粉 增加H+浓度，提高双氧水的氧化能力（或促进Fe2+被氧化） Fe3+容易转化成Fe(OH)3沉淀，导致聚铁产率降低 温度过低反应速率慢，温度过高双氧水分解 b 关闭减压泵 旋转瓶 降低蒸发温度，防止加热时聚铁分解 1 4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4

【解析】

分析制备流程，利用硫酸铜废液制备聚铁，则将硫酸铜废液除酸后，需先加入一定量的铁粉，搅拌、过滤，得到硫酸亚铁溶液。向其中加入少量硫酸，一方面可在加热浓缩时抑制Fe2+的水解，另一方面为下一步氧化提供酸性环境，提高双氧水的氧化能力。通过双氧水将Fe2+氧化为Fe3+。该步骤注意控制反应温度。之后加入水和稀硫酸进行聚合，最后通过减压蒸发得到聚铁。据此分析解答。

（1）根据原料和产品可知将硫酸铜废液转化为聚铁，故硫酸铜废液除酸后，加入一定量铁粉，则可知试剂A为铁粉。答案为：铁粉；

（2）由分析可知，加入少量稀硫酸，除了在加热浓缩时抑制Fe2+的水解，还为下一步氧化提供酸性环境，提高双氧水的氧化能力。“聚合”时加硫酸是为了控制溶液的pH在一定范围内，若pH偏小时，Fe3+水解程度弱，pH偏大时，Fe3+容易转化成Fe(OH)3沉淀，导致聚铁产率降低；答案为：增加H+浓度，提高双氧水的氧化能力（或促进Fe2+被氧化）；Fe3+容易转化成Fe(OH)3沉淀，导致聚铁产率降低；

（3）控制温度在一定范围内，一方面是为了加快反应速率，另一方面是防止双氧水分解，答案为：温度过低反应速率慢，温度过高双氧水分解；

（4）该装置使用减压泵给系统减压，降低溶液的沸点，可以在较低温度下蒸馏，避免产品聚铁分解。实验开始时，先打开减压泵使系统处于负压状态，再从用于冷凝蒸出物的（蛇形）冷凝管下口即b口通入冷水，从上口即c口排出；要将聚铁与水分离，因为水的沸点相对聚铁要低，故水浴锅温度调至减压条件下水的沸点附近，打开电动机转动旋转瓶，旋转瓶置于水浴中一边旋转，一边加热，可以增大蒸发面积，利于瓶内溶液扩散蒸发。结束时应先停止旋转电动机，防止蒸馏烧瓶在转动中脱落，再打开通气阀通大气，然后取下收集瓶和旋转瓶。实验中通过水浴加热是蒸发溶剂水，故水在收集瓶中，聚铁在旋转瓶中，取下旋转瓶得聚铁。答案为：b；关闭减压泵；旋转瓶；降低蒸发温度，防止加热时聚铁分解；

（5）①n(SO42-)=n(BaSO4)=，依据关系式：2Fe3+～I2～2S2O32-，可知n(Fe3+)=n(S2O32-)=，，n=1。答案为：1；

②若m=4，说明Fe2(SO4)3“聚合”生成［Fe2(OH)4SO4］4，即部分Fe3+水解，反应方程式为：4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4。答案为：4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4。