Question

【題目】聚合硫酸鐵簡稱聚鐵［Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m廣泛用于飲用水等的凈化。某化工廠利用硫酸銅廢液制備聚鐵，其流程如下：

回答下列問題：

（1）試劑A為__________。

（2）本實驗中兩次加入硫酸，其中“加熱濃縮“時加入稀硫酸，除了抑制離子水解，還為了_______，“聚合”時加硫酸是為了控制溶液的pH在一定范圍內，若pH偏大，則_________。

（3）“控溫氧化”時選用綠色氧化劑雙氧水，該過程需要控溫的原因是________。

（4）減壓蒸發裝置如圖所示。實驗開始時，應先打開減壓泵，從_____（填字母）口通入冷水，再打開旋轉主機；實驗結束時應先關閉旋轉主機，再_______，打開閥門a通大氣后，最后取下______（填儀器名稱），從中獲得聚鐵。本實驗采取減壓蒸發的理由是___________。

（5）測定聚合硫酸鐵樣品主要成分的化學式。準確稱取所得聚鐵樣品5.520g，溶于適量稀鹽酸中，然后分成兩等份：

a.一份加入過量的BaCl2溶液，然后過濾、洗滌、干燥，稱重，得固體質量1.165g；

b.另一份置于250mL錐形瓶中，加入過量KI，充分反應后再用0.5000 molL-1Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗標準溶液20.00mL。

已知：I2+2S2O32–=2I–+S4O62–（無色）

①計算所得產品化學式中n=_______。

②若m=4，寫出“聚合”過程的化學方程式：______。

Answer 1

【答案】鐵粉 增加H+濃度，提高雙氧水的氧化能力（或促進Fe2+被氧化） Fe3+容易轉化成Fe(OH)3沉淀，導致聚鐵產率降低 溫度過低反應速率慢，溫度過高雙氧水分解 b 關閉減壓泵 旋轉瓶 降低蒸發溫度，防止加熱時聚鐵分解 1 4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4

【解析】

分析制備流程，利用硫酸銅廢液制備聚鐵，則將硫酸銅廢液除酸后，需先加入一定量的鐵粉，攪拌、過濾，得到硫酸亞鐵溶液。向其中加入少量硫酸，一方面可在加熱濃縮時抑制Fe2+的水解，另一方面為下一步氧化提供酸性環境，提高雙氧水的氧化能力。通過雙氧水將Fe2+氧化為Fe3+。該步驟注意控制反應溫度。之后加入水和稀硫酸進行聚合，最后通過減壓蒸發得到聚鐵。據此分析解答。

（1）根據原料和產品可知將硫酸銅廢液轉化為聚鐵，故硫酸銅廢液除酸后，加入一定量鐵粉，則可知試劑A為鐵粉。答案為：鐵粉；

（2）由分析可知，加入少量稀硫酸，除了在加熱濃縮時抑制Fe2+的水解，還為下一步氧化提供酸性環境，提高雙氧水的氧化能力。“聚合”時加硫酸是為了控制溶液的pH在一定范圍內，若pH偏小時，Fe3+水解程度弱，pH偏大時，Fe3+容易轉化成Fe(OH)3沉淀，導致聚鐵產率降低；答案為：增加H+濃度，提高雙氧水的氧化能力（或促進Fe2+被氧化）；Fe3+容易轉化成Fe(OH)3沉淀，導致聚鐵產率降低；

（3）控制溫度在一定范圍內，一方面是為了加快反應速率，另一方面是防止雙氧水分解，答案為：溫度過低反應速率慢，溫度過高雙氧水分解；

（4）該裝置使用減壓泵給系統減壓，降低溶液的沸點，可以在較低溫度下蒸餾，避免產品聚鐵分解。實驗開始時，先打開減壓泵使系統處于負壓狀態，再從用于冷凝蒸出物的（蛇形）冷凝管下口即b口通入冷水，從上口即c口排出；要將聚鐵與水分離，因為水的沸點相對聚鐵要低，故水浴鍋溫度調至減壓條件下水的沸點附近，打開電動機轉動旋轉瓶，旋轉瓶置于水浴中一邊旋轉，一邊加熱，可以增大蒸發面積，利于瓶內溶液擴散蒸發。結束時應先停止旋轉電動機，防止蒸餾燒瓶在轉動中脫落，再打開通氣閥通大氣，然后取下收集瓶和旋轉瓶。實驗中通過水浴加熱是蒸發溶劑水，故水在收集瓶中，聚鐵在旋轉瓶中，取下旋轉瓶得聚鐵。答案為：b；關閉減壓泵；旋轉瓶；降低蒸發溫度，防止加熱時聚鐵分解；

（5）①n(SO42-)=n(BaSO4)=，依據關系式：2Fe3+～I2～2S2O32-，可知n(Fe3+)=n(S2O32-)=，，n=1。答案為：1；

②若m=4，說明Fe2(SO4)3“聚合”生成［Fe2(OH)4SO4］4，即部分Fe3+水解，反應方程式為：4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4。答案為：4Fe2(SO4)3+16H2O=［Fe2(OH)4SO4］4+8H2SO4。