練習4鐵的重要化合物的轉(zhuǎn)化(二)(實驗及工藝流程)1.(2024·鎮(zhèn)江期末)科技進步促進了鐵鹽系列水處理劑的發(fā)展。Ⅰ.FeCl3是簡單無機鐵處理劑。(1)與明礬凈水原理相似，F(xiàn)eCl3凈水的原理是FeCl3在水中能生成Fe(OH)3膠體，F(xiàn)e(OH)3膠體粒子能吸附水中的懸浮雜質(zhì)(用恰當文字回答)，可用丁達爾效應實驗來驗證。(2)由FeCl3·6H2O制備無水FeCl3的過程為FeCl3·6H2Oeq\o(→,\s\up7(SOCl2),\s\do5(△))FeCl3，SOCl2與H2O反應生成兩種有刺激性氣味的氣體，寫出該反應的化學方程式：SOCl2＋H2O=SO2↑＋2HCl↑。Ⅱ.K2FeO4(高鐵酸鉀)是多功能水處理劑。(3)堿性條件下，F(xiàn)eCl3溶液與KClO溶液反應可得到高鐵酸鉀，該反應的離子方程式為3ClO－＋2Fe3＋＋10OH－=2FeOeq\o\al(2－,4)＋3Cl－＋5H2O。(4)已知K2FeO4水溶液放置過程中會放出無色無味氣體、產(chǎn)生沉淀，且所得溶液呈強堿性。檢驗該沉淀中金屬元素的實驗方案為取少量沉淀于試管中，滴加稀鹽酸使沉淀完全溶解，再滴入1～2滴KSCN溶液，溶液出現(xiàn)紅色，則沉淀中含鐵元素(實驗中必須使用的藥品：稀鹽酸、KSCN溶液)。Ⅲ.[Fe2(OH)n(SO4)eq\s\do7(3-\f(n,2))]m(聚合硫酸鐵PFS)是新型無機高分子水處理劑。以FeSO4溶液為原料，通入空氣氧化，再經(jīng)水解、聚合反應可得PFS。(5)實驗室配制FeSO4溶液時常加入少量鐵粉，其作用是防止Fe2＋被氧化。(6)用聚合硫酸鐵PFS進行模擬凈化高嶺土廢水(用高嶺土與自來水配制而成，其質(zhì)量濃度為100mg/L)。該高嶺土廢水凈化效果(即濁度去除率)受絮凝劑的投加量及pH的影響如圖1和圖2所示：圖1圖2可知聚合硫酸鐵PFS最佳投加量是50mg/L，最佳pH是6。【解析】(4)K2FeO4水溶液放置過程中放出O2，產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，取少量沉淀于試管中，滴加稀鹽酸使沉淀完全溶解，再滴入1～2滴KSCN溶液，溶液出現(xiàn)紅色，證明沉淀中含鐵元素。(5)Fe2＋易被氧化為Fe3＋，實驗室配制FeSO4溶液時常加入少量鐵粉，目的是防止Fe2＋被氧化。2.(2024·南京六校期末)草酸亞鐵晶體(FeC2O4·2H2O)，黃色，難溶于水，可溶于稀硫酸，有較強還原性。某化學興趣小組用下列裝置制備草酸亞鐵晶體并檢測其純度。Ⅰ.制備FeC2O4·2H2O。實驗步驟如下：第一步：按圖連接好裝置，檢查裝置氣密性；第二步：打開K1、K3、K4，關(guān)閉K2；開始反應；第三步：……第四步：打開K2，關(guān)閉K1、K3，使A中溶液進入B中反應；第五步：對B中所得溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌和干燥可得FeC2O4·2H2O。(1)請把實驗步驟補充完整。第三步：用試管收集B(或C)中出來的氣體并驗純。(2)裝置C的作用是液封(或防止空氣進入裝置B中)。(3)檢驗草酸亞鐵晶體已洗凈的操作方法為取少量最后一次洗滌濾液，滴加稀鹽酸無現(xiàn)象，再滴加氯化鋇溶液，若無白色沉淀，則證明草酸亞鐵晶體已洗凈。Ⅱ.樣品純度檢測。該方法制得的FeC2O4·2H2O中可能含有H2C2O4·2H2(4)寫出生成H2C2O4的反應的化學方程式H2SO4＋(NH4)2C2O4=(NH4)2SO4＋H2C2采用KMnO4滴定法滴定該樣品的純度，步驟如下：①取ag樣品于錐形瓶中，加入稀硫酸溶解，水浴加熱至75℃，用bmol/LKMnO4溶液趁熱滴定至終點，消耗KMnO4溶液V1②向上述溶液中加入適量還原劑將Fe3＋全部還原成Fe2＋，加入稀硫酸酸化后，在75℃繼續(xù)用該KMnO4溶液滴定至終點，消耗KMnO4溶液V2(5)樣品中FeC2O4·2H2O的質(zhì)量分數(shù)w＝eq\f(90bV2,a)%(寫出計算過程)。根據(jù)發(fā)生反應，可得關(guān)系式：5Fe2＋～MnOeq\o\al(－,4)，n(Fe2＋)＝5n(KMnO4)＝5bV2×10－3mol根據(jù)鐵元素守恒：n(Fe2＋)＝n(FeC2O4·2H2O)＝5bV2×10－3mol，m(FeC2O4·2H2O)＝5bV2×10－3mol×180g/mol＝0.9bV2g樣品中FeC2O4·2H2O的質(zhì)量分數(shù)：w＝eq\f(0.9bV2g,ag)×100%＝eq\f(90bV2,a)%。【解析】(1)第二步操作的目的是用氫氣把B中的空氣排出，防止Fe2＋被氧化，第三步操作是用試管收集B(或C)中出來的氣體并驗純。(3)草酸亞鐵晶體表面含有的可溶性雜質(zhì)為硫酸銨，檢驗沉淀洗滌干凈可檢驗洗滌濾液中不含SOeq\o\al(2－,4)。(4)A中進入B的FeSO4溶液中可能含有雜質(zhì)硫酸，硫酸和草酸銨反應生成草酸。3.(2023·連云港期末)FeCO3常用于制備易吸收的高效鐵制劑。一種利用鐵礦燒渣(主要成分是Fe2O3、Fe3O4、FeO和SiO2)制取FeCO3的流程如下：(1)“焙燒”過程是將鐵礦燒渣和煤粉按一定比例投入焙燒爐中，利用生成的CO將鐵的高價氧化物轉(zhuǎn)化為FeO。Fe3O4參與反應的化學方程式為Fe3O4＋COeq\o(=,\s\up7(高溫))3FeO＋CO2。(2)“酸浸”是在一定溫度下，用一定濃度的硫酸溶液浸取焙燒后固體中的鐵元素。酸浸時間對鐵浸出率的影響如圖所示。20min后鐵浸出率整體呈下降趨勢的可能原因是Fe2＋被氧化成Fe3＋，消耗H2SO4，使溶液中pH增大，將鐵元素沉降。(3)“還原”是向“酸浸”后的濾液中加入過量鐵粉，使Fe3＋完全轉(zhuǎn)化為Fe2＋。檢驗Fe3＋是否還原完全的實驗操作是取少量清液，向其中滴加幾滴KSCN溶液，觀察溶液顏色，溶液不呈現(xiàn)紅色，表明還原完全。(4)“沉鐵”是將“除雜”后的FeSO4溶液與Na2CO3溶液反應，生成FeCO3沉淀。設計以FeSO4溶液、Na2CO3溶液為原料，制備FeCO3的實驗方案：在攪拌下向FeSO4溶液中緩慢加入Na2CO3溶液，控制溶液pH小于5.8；充分反應后靜置，過濾，所得沉淀用蒸餾水洗滌至取最后一次洗滌后的濾液，滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，不出現(xiàn)白色沉淀[FeCO3沉淀需“洗滌完全”，F(xiàn)e(OH)2開始沉淀的pH＝5.8](可選用試劑：蒸餾水、BaCl2溶液、稀鹽酸)。4.(2024·連云港考前模擬)以硫酸燒渣(主要成分為Fe2O3和少量Fe3O4、Al2O3、SiO2等)為原料制備氧化鐵紅的工藝流程如下：已知：Fe3＋＋3H2C2O4=[Fe(C2O4)3]3－＋6H＋，F(xiàn)e2＋＋H2C2O4=FeC2O4↓＋2H(1)“酸浸”時，使用草酸作為助劑可提高鐵浸取率，草酸加入量[eq\f(m草酸,m硫酸燒渣)×100%]對鐵浸取率的影響如圖1所示。圖1①加入草酸能提高鐵浸取率的原因是Fe3＋和H2C2O4生成[Fe(C2O4)3]3－和H＋，溶液的H＋濃度增大；Fe3＋濃度降低，促進燒渣中鐵氧化物與硫酸的反應②草酸加入量大于20%時，鐵浸取率隨草酸加入量增加而減小的原因是Fe2＋與C2Oeq\o\al(2－,4)生成FeC2O4沉淀。(2)“沉鐵”時，反應溫度對鐵回收率的影響如圖2所示。圖2①FeSO4轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的離子方程式為2Fe2＋＋H2O2＋4NH3·H2O=2Fe(OH)3↓＋4NHeq\o\al(＋,4)。②反應溫度超過35℃時，鐵回收率下降的原因是溫度升高，H2O2受熱分解，使Fe2＋氧化不充分；氨水受熱揮發(fā)，氨水濃度減小，不利于Fe(OH)3的生成③“沉鐵”后過濾所得“母液”中含有的主要成分為硫酸銨和草酸銨。(3)“純化”時，加入NaOH溶液的目的是除去Fe(OH)3中含有的Al(OH)3雜質(zhì)。【解析】硫酸燒渣加入稀硫酸和草酸混合溶液酸浸，F(xiàn)e2O3、Fe3O4、Al2O3轉(zhuǎn)化為[Fe(C2O4)3]3－、Fe2＋、Al3＋，SiO2不反應。向濾液中加入氨水和H2O2混合溶液，H2O2將Fe2＋氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋、