Question

【題目】氧化鐵是一種重要的無機材料，化學性質穩定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐熱性和對紫外線的屏蔽性，從某種工業酸性廢液(主要含Na＋、Fe2＋、Fe3＋、Mg2＋、Al3＋、Cl－、SO42-)中回收氧化鐵流程如下：

已知：常溫下Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－11；Ksp[Fe(OH)2]＝2.2×10－16；Ksp[Fe(OH)3]＝3.5×10－38；Ksp[Al(OH)3]＝1.0×10－33

(1)寫出在該酸性廢液中通入空氣時發生的離子反應方程式：___________，指出使用空氣的優點是：_________。

(2)已知Fe3＋(aq)＋3OH－(aq)===Fe(OH)3(s)ΔH＝－Q1kJ·mol－1，題(1)中每生成1 mol含鐵微粒時，放熱Q2，請你計算1 mol Fe2＋全部轉化為Fe(OH)3(s)的熱效應ΔH＝_________。

(3)常溫下，根據已知條件計算在pH＝5的溶液中，理論上下列微粒在該溶液中可存在的最大濃度c(Fe3＋)＝___________，c(Mg2＋)＝___________。

(4)有人用氨水調節溶液pH，在pH＝5時將Fe(OH)3沉淀出來，此時Fe(OH)3沉淀中可能混有的雜質是______ (填化學式，下同)，用_______試劑可將其除去。

Answer 1

【答案】4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O 耗費少且無污染 －(Q2＋Q1) kJ·mol－1 3.5×10－11mol·L－1 1.2×107mol·L－1 Al(OH)3 NaOH

【解析】

（1）酸性廢液中通入空氣時，Fe2+被空氣中的氧氣所氧化，離子方程式為4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，該方法的優點是耗費少且無污染；

（2）根據蓋斯定律計算；

（3）溶液pH=5，則c(OH-)=10-9mol/L，根據Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38，Ksp[Mg（OH）2]=1.2×10-11，可計算；

（4）根據Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可計算出溶液pH=5時，c（Al3+）＜1.0×10-5，Al3+也幾乎完全沉淀，故可能混有的雜質是Al(OH)3，Al(OH)3溶于強堿，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去。

（1）酸性廢液中通入空氣時，Fe2+被空氣中的氧氣所氧化，離子方程式為4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，該方法的優點是耗費少且無污染；

（2）根據蓋斯定律由Fe3+（aq）+3OH-（aq）=Fe(OH)3（s）；△H=-Q1 kJ/mol，題（1）中每生成1mol含鐵微粒時，放熱Q2，則1 mol Fe2+全部Fe3+放熱為Q2，Fe3+轉化為Fe(OH)3（s）的放熱為Q1，所以1 mol Fe2+全部轉化為Fe(OH)3（s）的熱效應△H=-（Q2+Q1）kJ/mol；

（3）溶液pH=5，則c（OH-）=10-9mol/L，根據Ksp[Fe(OH)3]=3.5×10-38，Ksp[Mg(OH)2]=1.2×10-11，

則c（Fe3+）==3.5×10-11mol/L、c（Mg2+）==1.2×107mol/L；

（4）根據Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，可計算出溶液pH=5時，c（Al3+）＜1.0×10-5，Al3+也幾乎完全沉淀，故可能混有的雜質是Al(OH)3，Al(OH)3溶于強堿，而Fe(OH)3不溶，故可用NaOH溶液除去。故答案為：Al(OH)3，NaOH溶液。