Question

6．鐵及其化合物在日常生活、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，研究鐵及其化合物的應(yīng)用意義重大．
Ⅰ．工業(yè)上生產(chǎn)重鉻酸鈉晶體（Na₂Cr₂O₇•2H₂O）常以鉻鐵礦[主要成分：FeCr₂O₄（亞鉻酸亞鐵）]為原料，其主要步驟如下：
①4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
②用H₂SO₄調(diào)節(jié)溶液pH，使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇
（1）工業(yè)上步驟①在反應(yīng)過程中需不斷攪拌，其目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率．
（2）已知：Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，寫出步驟②Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇的化學(xué)方程式2Na₂CrO₄+H₂SO₄═Na₂C₂O₇+Na₂SO₄+H₂O．
Ⅱ．堿式硫酸鐵[Fe（OH）SO₄]是一種用于污水處理的新型高效絮凝劑，在醫(yī)藥上也可用于治療消化性潰瘍出血．工業(yè)上利用廢鐵屑（含少量氧化鋁、氧化鐵）生產(chǎn)堿式硫酸鐵的工藝流程如圖：

已知：部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH見表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	A1（OH）3
開始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

（3）寫出反應(yīng)I中發(fā)生的置換反應(yīng)的離子方程式Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（4）加入少量NaHCO₃的目的是調(diào)節(jié)溶液的pH，應(yīng)控制pH的范圍區(qū)間為[4.4～7.5）．
（5）在實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)II常同時(shí)通入O₂以減少NaNO₂的用量，若通入2.8L O₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況），則相當(dāng)于節(jié)約NaNO₂的質(zhì)量為34.5g．
（6）堿式硫酸鐵溶于水后產(chǎn)生的[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子．該水解反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O═[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺．
Ⅲ．鐵的化合物也是制備高能鋰電池的重要原料．已知LiFePO₄電池反應(yīng)為FePO₄+Li $?_{充電}^{放電}$LiFePO₄，電池中的固體電解質(zhì)可傳導(dǎo)Li⁺．試寫出該電池充電時(shí)陽極反應(yīng)式LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺．常溫下以該電池為電源電解500mL飽和食鹽水，當(dāng)消耗0.35g Li時(shí)，溶液的pH為13（忽略溶液的體積變化）．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）工業(yè)上步驟①在反應(yīng)過程中需不斷攪拌是增大反應(yīng)物的接觸面積，增大反應(yīng)速率；
（2）依據(jù)Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，用H₂SO₄調(diào)節(jié)溶液pH，使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，平衡逆向進(jìn)行分析；
Ⅱ、過量廢鐵屑加入硫酸溶液中溶解，加入碳酸氫鈉溶液攪拌過濾得到硫酸亞鐵溶液和濾渣氫氧化鋁，濾液中加入稀硫酸和亞硝酸鈉氧化亞鐵離子為鐵離子，減壓蒸發(fā)過濾得到堿式硫酸鐵；
（3）Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)；
（4）要制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，根據(jù)沉淀的pH選擇；
（5）所消耗氧氣得到的電子的物質(zhì)的量相當(dāng)于NaNO₂得到電子的物質(zhì)的量；
（6）根據(jù)反應(yīng)物和生成物判斷離子方程式；
Ⅲ、陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合反應(yīng)的方程式判斷，電解池中電極商電子守恒，依據(jù)電子轉(zhuǎn)移減少電解飽和氯化鈉溶液中陰極電解反應(yīng)中減小的氫離子物質(zhì)的量，氫離子減小和溶液在親一個(gè)離子增加物質(zhì)的量相同，得到溶液中氫氧根離子濃度，結(jié)合離子積減少氫離子濃度得到溶液pH．

解答 解：I． （1）①4FeCr₂O₄+8Na₂CO₃+7O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂，工業(yè)上步驟①在反應(yīng)過程中需不斷攪拌的目的是充分混合反應(yīng)物增大接觸面積，增大反應(yīng) 速率，
故答案為：增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；
（2）依據(jù)Cr₂O₇^2-+H₂O?2CrO₄^2-+2H⁺，用H₂SO₄調(diào)節(jié)溶液pH，使Na₂CrO₄轉(zhuǎn)化為Na₂Cr₂O₇，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na₂CrO₄+H₂SO₄═Na₂C₂O₇+Na₂SO₄+H₂O，
故答案為：2Na₂CrO₄+H₂SO₄═Na₂C₂O₇+Na₂SO₄+H₂O；
Ⅱ、（3）Fe為活潑金屬，可與酸反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）制備硫酸亞鐵，應(yīng)與硫酸鋁分離，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液pH生成Al（OH）₃，要避免生成應(yīng)Fe（OH）₂沉淀，控制pH在[4.4～7.5）之間，故答案為：[4.4～7.5）；
（5）n（O₂）=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，則得到電子0.125mol×4=0.5mol，1molNaNO₂被還原生成NO，化合價(jià)由+3價(jià)降低到+2價(jià)，得到1mol電子，則m（NaNO₂）=0.5mol×69g/mol=34.5g，故答案為：34.5；
（6）[Fe（OH）]²⁺離子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合離子，根據(jù)電荷守恒和質(zhì)量守恒可寫出反應(yīng)的離子方程式為2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺，
故答案為：2[Fe（OH）]²⁺+2H₂O?[Fe₂（OH）₄]²⁺+2H⁺；
Ⅲ、陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，由總反應(yīng)式FePO₄+Li $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$LiFePO₄可知，LiFePO₄被氧化生成FePO₄，反應(yīng)的電極方程式為L(zhǎng)iFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺，常溫下以該電池為電源電解500mL飽和食鹽水，當(dāng)消耗0.35gLi時(shí)，n（Li）=$\frac{0.35g}{7g/mol}$=0.05mol，反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移0.05mol，電解食鹽水，陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，溶液中氫離子減小0.05mol，溶液中增加氫氧根離子物質(zhì)的量為0..05mol，c（OH^-）=$\frac{0.05mol}{0.5L}$=0.1mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{0.1}$=10^-13mol/L，溶液的pH值為13，
故答案為：LiFePO₄-e^-═FePO₄+Li⁺；13．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備原理的設(shè)計(jì)，題目難度中等，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和題給信息判斷可能發(fā)生的反應(yīng)，方程式的書寫為解答該題的難點(diǎn)，也是易錯(cuò)點(diǎn)，注意體會(huì)書寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵．