Question

【題目】聚合硫酸鐵(PFS)是一種高效水處理劑，廣泛應用于工業廢水、城市污水、工業用水及生活飲用水等的凈化處理。其一種合成方法流程如下：

回答下列問題

（1）聚合硫酸鐵分子式可表示為[Fe2(OH)n(SO4)x]m，其中Fe化合價為+3，則x=___________(用含n的代數式表示)。

（2）分離階段通常使混合物經靜置后傾去上層清液即可。清液中所含的主要離子是___________。

（3）在自然氧化階段，經分離得到的絮狀沉淀會被空氣氧化。該階段完成的標志是沉淀顏色變為___________。發生反應的化學方程式為______________________，為了使反應充分，還可以采取的措施有______________________(寫一條即可)。

（4）在氧化階段，發生的主要反應的離子方程式為_________________________________。反應要求必須在攪拌下緩緩加入雙氧水，除了因為該反應放熱，反應劇烈，為防止危險外，還因為_________________________________。

（5）為了檢驗所得產品中是否含有Fe2+ (不含其他還原性物質)，取少量樣品完全溶于水，并加水稀釋，此時溶液幾乎無色。然后用0.01mol/L的酸性高錳酸鉀標準溶液滴定。則滴定至終點時的實驗現象是_______________________________________________________。

Answer 1

【答案】3-0.5n NH4+、SO42- 紅褐色 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe(OH)4 通入空氣，不斷攪拌，延長曝氣時間等（合理即可） 2H++H2O2+2Fe2+=2Fe3++2H2O H2O2受熱分解，造成原料浪費 溶液顏色由幾乎無色變為粉紅色，且半分鐘內不褪色

【解析】

廢鐵屑的主要成分是Fe和氧化鐵，用過量稀硫酸溶解后，過濾除去不溶酸的固體殘渣，所得濾液主要含有Fe2+、SO42-及H+，其中一份濾液加入氨水調節溶液pH得Fe(OH)2白色沉淀，經過濾并自然氧化得到Fe(OH)3紅褪色沉淀；另一份濾液中加入H2O2氧化溶液中的Fe2+得Fe3+，并將所得溶液與Fe(OH)3混合，經蒸發濃縮并冷卻結晶得到聚合硫酸鐵，據此分析解題。

(1)聚合硫酸鐵分子式可表示為[Fe2(OH)n(SO4)x]m，其中Fe化合價為+3，根據化合物中所有元素正負化合價代數和為0，則(+3)×2+(-1)×n+(-2)×x=0，解得：x=3-0.5n；(2)濾液中滴加氨水，分別與Fe2+、H+反應，生成Fe(OH)2白色沉淀，同時得到NH4+，另外原溶液中含有大量SO42-，分離所得清液中所含的主要離子是NH4+、SO42-；(3) Fe(OH)2白色沉淀在空氣中被氧氣氧化，先變為灰綠色，最終變為紅褪色Fe(OH)3沉淀，發生反應的化學方程式為4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)4，氧化階段可通過攪拌增大反應接觸面積，通入足量的空氣或延長曝氣時間等措施使反應更充分；(4) 酸性的濾液中加入H2O2氧化溶液中的Fe2+得Fe3+，發生的主要反應的離子方程式為2H++H2O2+2Fe2+=2Fe3++2H2O；因H2O2受熱分解，反應過程中必須在攪拌下緩緩加入雙氧水，避免造成原料浪費；(5) Fe2+有還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，溶液紫色會褪去，則滴定時當觀察到溶液顏色由幾乎無色變為粉紅色，且半分鐘內不褪色時即可判斷滴定至終點。