Question

鐵鹽、亞鐵鹽在工農業生產、生活、污水處理等方面有著極其廣泛的應用．
（一）用鐵屑與硫酸反應制備FeSO₄
已知4Fe²⁺+O₂+4H⁺= 4Fe³⁺+2H₂O。FeSO₄在水中的溶解度見圖。

（1）首先，將鐵屑放入碳酸鈉溶液中煮沸除油污，分離出液體，用水洗凈鐵屑。此步驟中，分離出液體的方法通常不用過濾，使用的操作是____________（填寫操作名稱）。
（2）向處理過的鐵屑中加入適量的硫酸，在一定溫度下使其反應到不再產生氣體，趁熱過濾，得FeSO₄溶液。此處：硫酸濃度應選擇

A．濃硫酸

B．10moL/L硫酸

C．3moL/L硫酸

D．任意濃度硫酸；

溫度宜控制在______；加熱的同時需適當補充水，原因是          。反應中應保持n（Fe）/n（H₂SO₄）         1(填“＜”、“＞”或“=”)。
（3）亞鐵鹽在空氣中易被氧化，但形成復鹽可穩定存在。如“摩爾鹽”，即硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]，就是在FeSO₄溶液中加入少量稀H₂SO₄溶液，再加入飽和（NH₄）₂SO₄溶液，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等一系列操作后所得。過程中稀硫酸的作用是 　。
（二）用含有少量Al的廢鐵屑制備Fe₂(SO₄)₃其操作流程及有關資料如下：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3
開始沉淀	2．3	7．5	3．4
完全沉淀	3．2	9．7	4．4

 
（4）加NaHCO₃時，混合液pH值應控制在_______________________。
（5）反應Ⅱ中反應的離子方程式是：___________________。
（6）實際生產中，將反應Ⅱ產生的NO配比一種氣體X，混合后重新通入反應Ⅱ中，該設計的目的是________，氣體X與NO配比的比例是_____________。

Answer 1

（1）傾析   
（2）C ; 60℃左右；防止硫酸亞鐵晶體析出；＞  
（3）抑制Fe²⁺、NH₄⁺的水解
（4）4．4～7．5   
（5）3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O
（6）節約Fe(NO₃)₃、防止NO污染（同理即可）; 3：4

試題分析：
（1）首先，將鐵屑放入碳酸鈉溶液中煮沸除油污，分離出液體，用水洗凈鐵屑。此步驟中，由于Fe屑沉在容器的底部，溶液在上部，所以分離出液體的方法通常不用過濾，使用的操作是傾析法。
（2）在室溫下，Fe在濃硫酸中會發生鈍化現象。在10moL/L硫酸中容易發生氧化還原反應產生硫酸鐵和SO₂和水。不能得到硫酸亞鐵。所以要用3moL/L硫酸。選項為C。由于FeSO₄在60℃左右溶解度最大，所以溫度宜控制在60℃左右。為防止硫酸亞鐵晶體析出，加熱的同時需適當補充水。為了防止在加熱的過程中Fe²⁺被氧化為Fe³⁺,Fe粉應該稍微過量一些。所以反應中應保持n（Fe）/n（H₂SO₄）＞1。
（3）在制取摩爾鹽如硫酸亞鐵銨[（NH₄）₂SO₄?FeSO₄?6H₂O]的過程，就是在FeSO₄溶液中加入少量稀H₂SO₄溶液，再加入飽和(NH₄)₂SO₄溶液，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等一系列操作后所得。過程中稀硫酸的作用是為了抑制Fe²⁺、NH₄⁺的水解,防止產物不純。
（4）含有少量Al的廢鐵屑硫酸溶解得到硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵。為了除去雜質Al³⁺、Fe²⁺．要加NaHCO₃時，來調節混合液pH值。Al(OH)₃沉淀完全的pH為4．4，而Fe(OH)₂開始形成沉淀的pH為應控制在7．5。若把混合液pH值控制在4．4～7．5，就可以使Al(OH)₃沉淀完全但Fe元素都留在溶液中。
（5）當向含有FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃溶液中加入Fe(NO₃)₃和H₂SO₄時也就相當于加入了稀硝酸。發生氧化還原反應。在反應Ⅱ中反應的離子方程式是：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O。
（6）由于在室溫下會發生反應：2NO+O₂=2NO₂；3NO₂+H₂O =2HNO₃+NO。疊加得到總方程式為4NO+3O₂+2H₂O =4HNO₃。所以實際生產中，將反應Ⅱ產生的NO配比一種氣體O₂，混合后重新通入反應Ⅱ中，該設計的目的是節約Fe(NO₃)₃、防止NO污染。根據上述總方程式可以看出氣體O₂與NO配比的比例是3:4。