Question

大型鋼鐵企業酸洗鋼材時產生的廢液主要成分為Fe²⁺、H⁺、Cl^－，可用下述方法處理該廢液，回收鹽酸，制備氧化鐵涂料。

（1）單質X的化學式是                       。
（2）氯化亞鐵溶液經高溫噴霧焙燒時轉化為氯化氫氣體和氧化鐵粉末。有關的化學方程式為：
                                                     
                                                     
                                                     
（3）某種鐵紅涂料的成分中，除含有Fe₂O₃外，還添加有CuO或FeO中的一種。請設計實驗探究該鐵紅涂料中添加的物質。
①提出合理假設
假設1：添加了CuO。   假設2：添加了FeO。
②基于假設        （填“1”或“2”），設計實驗方案，進行實驗。在答題卡上寫出實驗步驟、預期現象和結論。
限選實驗試劑：鐵粉、3mol?L^－1H₂SO₄、0.01 mol?L^－1酸性KMnO₄溶液、10%NaOH溶液、10%H₂O₂、KSCN溶液

操作步驟	預期現象和結論
步驟1．取少量樣品于試管中，_________________ ____________________________________________	___________________________
步驟2． ____________________________________________	___________________________

 
（4）用水吸收“高溫噴霧焙燒”時產生的氯化氫氣體可得到鹽酸。請計算：用1000g水需吸收標準狀況下多少升氯化氫氣體可得到36.5%的濃鹽酸？（寫出計算過程，結果可用數學表達式表示，不必化簡）。

Answer 1

（16分）
（1）Fe                                         （1分）
（2）FeCl₂ + 2H₂OFe(OH)₂ + 2HCl              （1分）
4Fe(OH)₂ + O₂ +2H₂O =" 4" Fe(OH)₃                          （1分）
2Fe(OH)₃Fe₂O₃ + 3H₂O                     （1分，漏寫條件不得分）
（或：4FeCl₂+4H₂O+O₂2 Fe₂O₃+8HCl          （3分，漏寫條件得2分）
（3）假設1    （1分）
（以下每空2分，共8分）

實驗操作	預期現象和結論
步驟1：加入足量的3mol?L－1H2SO4，充分振蕩。	樣品全部溶解
步驟2：取少許溶液于試管中，加入足量鐵粉，充分振蕩；再加入足量3mol?L－1H2SO4，充分振蕩。	試管中出現紅色固體，說明試樣中有CuO

 
（評分說明）步驟1：未加“足量”和“充分振蕩”扣1分。
步驟2中方案為“加足量10%NaOH溶液，如果出現藍色沉淀，說明試樣中有CuO”，則步驟2和結論得0分，因為有Fe³⁺和H⁺干擾，不一定能觀察到藍色沉淀。
或：假設2    （1分）

實驗操作	預期現象和結論
步驟1：加入足量的3mol?L－1H2SO4，充分振蕩。	樣品全部溶解
步驟2：取少許溶液于試管中，逐滴加入0.01 mol?L－1酸性KMnO4溶液	如果紫紅色褪去，說明試樣中有FeO；

 
（評分說明）步驟1：未加“足量”和“充分振蕩”扣1分。
步驟2中，用KSCN與H₂O₂的組合檢驗Fe²⁺，步驟2和結論得0分，因為有 Fe³⁺干擾。
（4）（3分）設所需的HCl體積為xL，則
(36.5x/22.4)/(1000+ 36.5x/22.4) ×100%=36.5%   （2分。正確列式得2分）
解得x= 22400/63.5(L)=352.89(L)                      （1分，其它正確的答案也得分）

試題分析：（1）根據除去舊雜質不引入新雜質原則，Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，因此除酸步驟選擇的單質X一定是過量的鐵粉或鐵屑；（2）氯化亞鐵是強酸弱堿鹽，能水解，且其水解反應是吸熱反應，因此高溫能使其徹底水解，生成氫氧化亞鐵和氯化氫；氯化氫氣體逸出，氫氧化亞鐵不穩定，容易被空氣中的氧氣氧化為氫氧化鐵；氫氧化鐵焙燒時分解，生成氧化鐵和水；根據上述三步反應可以得到總反應式；（3）若假設1成立，Fe₂O₃、CuO都是難溶于水的堿性氧化物，不能直接選擇試劑檢驗CuO的存在，必須先用足量稀硫酸溶解配成硫酸鐵、硫酸銅溶液；再根據金屬活動性順序表和鐵鹽、銅鹽的性質，Fe+Fe₂(SO₄)₃=3FeSO₄，Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，因此加入過量的鐵粉，充分反應后析出紅色固體，說明樣品中含有CuO；而選擇NaOH溶液或觀察溶液的顏色都不行，因為鐵離子對銅離子的檢驗造成干擾；若假設2成立，Fe₂O₃、FeO都是難溶于水的堿性氧化物，不能直接選擇試劑檢驗FeO的存在，必須先用足量稀硫酸溶解配成硫酸鐵、硫酸亞鐵溶液；再根鐵鹽、亞鐵鹽的性質，鐵鹽溶液不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，而亞鐵鹽溶液則能，反應為5Fe²⁺+MnO₄^－+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O，因此加入少量酸性高錳酸鉀溶液，充分反應后溶液褪色，說明樣品中含有FeO；不能選擇KSCN和雙氧水檢驗，因為鐵離子會干擾亞鐵離子的檢驗；（4）設所需的HCl體積為xL，由于n=V/22.4L?mol^－1、m=n?M、m(溶液)=m(溶質)+m(水)、w(溶質)=m(溶質)/m(溶液)×100%，則(36.5x/22.4)/(1000+ 36.5x/22.4) ×100%="36.5%" ，解得x= 22400/63.5(L)=352.8(L)。