Question

【題目】三氯化鐵在印刷、醫藥、顏料、污水處理以及有機合成催化劑方面有重要的應用。工業上常以廢鐵屑（含有SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等雜質）為原料制備氯化鐵。其生產流程如圖：

已知：氫氧化物的Ksp下表：

氫氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3	Mg(OH)2
Ksp	1.0×10-36	1.6×10-14	2.0×10-33	1.2×10-11

請回答下列問題：

（1）物質X最好選用下列物質中的____（選填序號），加入X的目的是_________。

A．KMnO4 B．FeCl3 C．H2O2 D．HNO3

（2）濾液Ⅰ加入NaOH溶液的目的是調節溶液的pH。已知濾液Ⅰ中c(Fe3+)為1.0mol·L-1，c(Al3+)為0.03mol·L-1，當Fe3+沉淀完全時（c(Fe3+)為1×10-5mol·L-1），Al3+是否已經開始沉淀，請通過計算說明______________。

（3）寫出濾渣1加NaOH溶液發應的離子方程式_____________________。

（4）濾渣2中加過量鹽酸的目的是_____________________________。

（5）FeCl3具有凈水作用，但易腐蝕設備，而聚合氯化鐵是一種新型的絮凝劑，處理污水比FeCl3高效，且腐蝕性小。

①FeCl3凈水的原理是________。FeCl3溶液腐蝕鋼鐵設備，除H＋作用外，另一主要原因是（用離子方程式表示）_________。

②FeCl3在溶液中分三步水解：Fe3＋＋H2OFe(OH)2＋＋H＋　K1，Fe(OH)2＋＋H2OFe(OH)2+＋H＋　K2，Fe(OH)2+＋H2OFe(OH)3＋H＋　K3，以上水解反應的平衡常數K1、K2、K3由大到小的順序是_______。

③通過控制條件，以上水解產物聚合，生成聚合氯化鐵，離子方程式為xFe3＋＋yH2OFex(OH)y(3x-y)+＋yH＋，欲使平衡正向移動可采用的方法是（填序號）_____。

a．降溫　 b．加水稀釋 c．加入NH4Cl d．加入NaHCO3

室溫下，使氯化鐵溶液轉化為高濃度聚合氯化鐵的關鍵條件是___________。

Answer 1

【答案】C 使Fe2+氧化成Fe3+ Fe3+沉淀完全時，溶液中c3(OH-)＝1.0×10-36/(1×10-5)=1×10-31，

Qsp[Al(OH)3]＝c(Al3+)×c3(OH-)=0.03×1×10-31=3×10-33＞Ksp[Al(OH)3]，所以Al(OH)3已開始沉淀 Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O 使Fe(OH)3轉化為FeCl3，防止Fe3+水解 Fe3＋水解生成的Fe(OH)3膠體粒子能吸附水中懸浮的雜質 2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋ K1>K2>K3 b、d 調節溶液的pH

【解析】

由流程可知，廢鐵屑（含有SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等雜質）溶于鹽酸，過濾的得到含有Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+的濾液；向濾液加入合適的氧化劑，將Fe2+氧化成Fe3+，再加入NaOH溶液調節溶液的pH使Fe3+完全沉淀，控制溶液的pH防止Mg2+沉淀；過濾，向濾渣中加入過量NaOH溶液，除去沉淀中的氫氧化鋁，過濾得到氫氧化鐵沉淀；向氫氧化鐵沉淀中加入過量鹽酸，使氫氧化鐵溶解轉化為FeCl3溶液，過量的鹽酸可以防止Fe3+水解；FeCl3溶液在氯化氫氣氛中加熱至干得到無水FeCl3。

（1）加入氧化劑X使Fe2+氧化成Fe3+時，最好不引入新的雜質，由于雙氧水的還原產物是水，物質X最好選用雙氧水，故答案為：C；使Fe2+氧化成Fe3+；

（2）當Fe3+沉淀完全時（c(Fe3+)為1×10-5mol·L-1），溶液中c3(OH-)＝ 1.0×10-36/(1×10-5)=1×10-31，溶液中Qsp[Al(OH)3]＝c(Al3+)×c3(OH-)=0.03×1×10-31=3×10-33＞Ksp[Al(OH)3]，所以Al(OH)3已開始沉淀，故答案為：Fe3+沉淀完全時，溶液中c3(OH-)＝1.0×10-36/(1×10-5)=1×10-31，Qsp[Al(OH)3]＝c(Al3+)×c3(OH-)=0.03×1×10-31=3×10-33＞Ksp[Al(OH)3]，所以Al(OH)3已開始沉淀；

（3）濾渣1中加NaOH溶液的目的是除去濾渣中的兩性氫氧化物氫氧化鋁，氫氧化鋁與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和水，反應的離子方程式為：Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O，故答案為：Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O；

（4）濾渣2中加過量鹽酸可以使氫氧化鐵溶解轉化為FeCl3溶液，過量的鹽酸可以防止Fe3+水解，故答案為：使Fe(OH)3轉化為FeCl3，防止Fe3+水解；

（5）①FeCl3在溶液中水解生成氫氧化鐵膠體和鹽酸，氫氧化鐵膠體具有很大的表面積，能夠吸附水中懸浮的雜質，達到凈水的目的；FeCl3溶液腐蝕鋼鐵設備，除H＋作用外，Fe3+具有氧化性，能與Fe反應Fe2+生成腐蝕設備，反應的離子方程式為2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，故答案為：Fe3＋水解生成的Fe(OH)3膠體粒子能吸附水中懸浮的雜質；2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

②FeCl3在溶液中分三步水解，以第一步為主，且第一步水解抑制第二步水解，第一、二步水解抑制第三步水解，水解反應的平衡常數K1、K2、K3由大到小的順序是K1>K2>K3，故答案為：K1>K2>K3；

③由水解離子方程式xFe3＋＋yH2OFex(OH)y(3x-y)+＋yH＋可知，欲使平衡正向移動應采用稀釋方法，或向溶液中加入能與H＋反應的物質，故選b、d；室溫下，使氯化鐵溶液轉化為高濃度聚合氯化鐵的關鍵條件是調節溶液的pH，既要促進水解，又要防止水解完全生成氫氧化鐵膠體，故答案為：b、d；調節溶液的pH。