Question

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图：

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	2.0	5.9	3.7
完全沉淀	3.5	8.4	4.7

请回答下列问题：

(1)该工艺中“搅拌”的作用是__，写出反应I中发生氧化还原反应的离子方程式__。

(2) “滤渣”的主要成分是__（填化学式），加入适量NaHCO₃的目的是调节pH在__范围内。

(3)反应Ⅱ中加入NaNO₂的离子方程式为__，在实际生产中，可以同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若参与反应的O₂有5.6L（标况），则理论上相当于节约NaNO₂（Mr=69）用量__g。

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

(5)为测定含Fe²⁺和Fe³⁺溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：取25.00mL溶液，稀释到250mL，准确量取20.00mL于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH<2，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后，再用0.01000mol·L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。已知：2Fe³⁺+2I^-==2Fe²⁺+I₂、2+I₂==2I^-+

则溶液中铁元素的总含量为__g·L^-1。

Answer

加快化学反应速率 Fe+2H+=Fe2++H2↑，Fe+2Fe3+=3Fe2+ Al(OH)3 4.7≤pH＜5.9或4.7~5.9 2H++Fe2++=Fe3++NO↑+H2O 69 2Fe(OH)2++2H2O+2H+ 5.6

【解析】

废铁屑(含少量氧化铝、氧化铁等)中加入稀硫酸，氧化铝、氧化铁溶解生成硫酸铝和硫酸铁，硫酸铁与铁屑反应生成硫酸亚铁，铁屑与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气；加入NaHCO3搅拌后，NaHCO3与稀硫酸作用，从而减少溶液中的硫酸浓度，增大溶液的pH，使Al3+水解生成Al(OH)3沉淀；过滤后，所得滤液为FeSO4溶液；加入H2SO4、NaNO2溶液，与Fe2+发生氧化还原反应，生成Fe3+、NO和H2O；最后将溶液进行处理，便可获得碱式硫酸铁。

(1)该工艺中“搅拌”可增大反应物间的接触面积，有利于反应的发生，所以其作用是加快化学反应速率，反应I中，发生的氧化还原反应为硫酸铁与铁屑反应生成硫酸亚铁，铁屑与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，离子方程式为Fe+2H+=Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+=3Fe2+。答案为：加快化学反应速率；Fe+2H+=Fe2++H2↑、Fe+2Fe3+=3Fe2+；

(2) 从以上分析可知，“滤渣”的主要成分是Al(OH)3，加入适量NaHCO3的目的是调节pH，使Al3+全部生成沉淀，但不能让Fe2+生成沉淀，所以应在4.7≤pH＜5.9或4.7~5.9范围内。答案为：Al(OH)3；4.7≤pH＜5.9或4.7~5.9；

(3)反应Ⅱ中加入NaNO2，是为了将Fe2+氧化为Fe3+，同时被还原为NO，离子方程式为2H++Fe2++=Fe3++NO↑+H2O；依据得失电子守恒，O2——4NaNO2，若参与反应的O2有5.6L（标况），则理论上相当于节约NaNO2（Mr=69）用量为=69g。答案为：2H++Fe2++==Fe3++NO↑+H2O；69g；

(4)碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)2+离子可部分水解为Fe2(OH)聚合离子，该水解反应的离子方程式为2Fe(OH)2++2H2O+2H+。答案为：2Fe(OH)2++2H2O+2H+；

(5)由反应2Fe3++2I-=2Fe2++I2、2+I2=2I-+，可得关系式：Fe3+——，

则溶液中铁元素的总含量为=5.6g·L-1。答案为：5.6。