Question

【題目】某小組探究從印刷電路板回收液(pH=1，含Fe2+、Cu2+、Cl-及少量Fe3+)制取磁性氧化鐵，并測(cè)定其中Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量比，過(guò)程如下：

已知： 25℃時(shí)：Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16；溶解度S( FeCl2 )=64g。

(1)過(guò)程Ⅰ中除銅反應(yīng)的離子方程式為_______。

(2)過(guò)程Ⅱ用H2O2調(diào)比為1.6：1。該過(guò)程中有少量無(wú)色氣體生成，主要原因是______。

(3)過(guò)程Ⅲ：調(diào)pH、加熱

(i)甲同學(xué)將溶液迅速調(diào)至pH≈4，產(chǎn)生沉淀，通過(guò)下列①和②推斷沉淀的成分。

①取靜置后的上層清液，___________，證明清液中含Fe2+；

②甲同學(xué)通過(guò)已知條件計(jì)算，推斷沉淀中一定不含Fe(OH)2，其推斷過(guò)程是______。

(ii)乙同學(xué)探究不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

①若調(diào)節(jié)pH過(guò)程太慢，在pH≈5時(shí)，Fe2+容易在空氣中發(fā)生副反應(yīng)，生成FeO(OH)固體影響產(chǎn)品質(zhì)量。寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式________。

②若其它條件不變，調(diào)節(jié)pH過(guò)高( pH >9 )、溫度高于95oC，產(chǎn)品會(huì)摻雜較多紅棕色雜質(zhì)，試分析可能的原因__________。

(iii)丙同學(xué)迅速將溶液調(diào)節(jié)pH=9，在80~90℃下攪拌2小時(shí)。過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體產(chǎn)品。寫(xiě)出制得晶體產(chǎn)品的離子方程式________。

(4)Ⅳ測(cè)定

取產(chǎn)品樣品ag，加過(guò)量硫酸溶解，得到樣品溶液。用c mol/L KMnO4標(biāo)準(zhǔn)液滴定。(已知：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O，雜質(zhì)不與KMnO4反應(yīng)，且數(shù)據(jù)為多次測(cè)量平均值)。

i. 取v0 mL樣品溶液，用標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)液v1 mL。

ii.另取v0 mL樣品溶液，加入適量鋅粉充分反應(yīng)(將Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe2+)，過(guò)濾，再用標(biāo)準(zhǔn)液滴定濾液至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)液v2 mL。

(5)晶體中Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量比是_________(用含v1、v2的計(jì)算式表示)。

Answer 1

【答案】Fe+Cu2+=Fe2++Cu Fe3+催化，使H2O2分解放出氧氣 加入鐵氰化鉀溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀 Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16，pH=4時(shí)，生成Fe(OH)2沉淀所需c(Fe2+)>8×104 mol/L，根據(jù)氯化亞鐵溶解度，溶液中亞鐵離子濃度不可能達(dá)到 4Fe2++O2+6H2O=4FeO(OH) +8H+ pH過(guò)高(pH>9)、溫度高于95oC，Fe(OH)2還原性增強(qiáng)，與空氣中氧氣反應(yīng)速率加快，使Fe(OH)3增加過(guò)多，Fe(OH)3分解成紅棕色Fe2O3 Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O

【解析】

印刷電路板回收液的pH=1，含Fe2+、Cu2+、Cl-及H+和少量Fe3+，由于微粒的氧化性：Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+，向其中加入足量的Fe粉，會(huì)先后發(fā)生反應(yīng)：2Fe3++Fe=3Fe2+；Fe+Cu2+=Fe2++Cu；Fe+2H+=Fe2++H2↑.然后過(guò)濾除去過(guò)量的Fe及產(chǎn)生的Cu，向?yàn)V液中加入雙氧水，發(fā)生反應(yīng)：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，調(diào)整溶液中Fe3+與Fe2+的物質(zhì)的量的比，使n(Fe3+)：n(Fe2+)=1.6：1，然后向溶液中加入NaOH溶液，調(diào)整溶液pH，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Fe3O4和H2O，過(guò)濾得到磁性氧化鐵。

(1)過(guò)程Ⅰ中Fe與Cu2+發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)生Cu單質(zhì)與Fe2+，所以過(guò)程Ⅰ中除銅反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu2+=Fe2++Cu；

(2)過(guò)程Ⅱ中加入H2O2，發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，調(diào)n(Fe3+)：n(Fe2+)比為1.6：1，在此過(guò)程中有少量無(wú)色氣體生成，該氣體為O2，這是由于Fe3+具有催化作用，能夠使H2O2分解放出O2；

(3)(i)①取靜置后的上層清液，向其中加入K3[Fe(CN)6]溶液，若產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，就證明該溶液中含有Fe2+；

②pH≈4時(shí)，c(H+)=10-4 mol/L，則溶液中c(OH-)= mol/L=10-10 mol/L，由于在25℃時(shí)：Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10–16，則要形成Fe(OH)2沉淀，需要Fe2+的最小濃度為c(Fe2+)>=8.0×104 mol/L，根據(jù)氯化亞鐵溶解度，S(FeCl2)=64g，則溶液中亞鐵離子濃度不可能達(dá)到，因此沉淀中一定不含有Fe(OH)2；

(ii)①若調(diào)節(jié)pH過(guò)程太慢，在溶液pH≈5時(shí)，Fe2+容易被溶解在溶液中的O2氧化生成FeO(OH)固體影響產(chǎn)品質(zhì)量，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：4Fe2++O2+6H2O=4FeO(OH) +8H+；

②若其它條件不變，調(diào)節(jié)pH過(guò)高，如溶液pH>9、溫度高于95oC，Fe(OH)2還原性增強(qiáng)，與空氣中氧氣反應(yīng)速率加快，使Fe(OH)3增加過(guò)多，Fe(OH)3受熱分解產(chǎn)生紅棕色Fe2O3，使產(chǎn)品中混有較多紅棕色雜質(zhì)；

(iii)迅速將溶液調(diào)節(jié)pH=9，在80~90℃下攪拌2小時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：Fe2++2Fe3++8OH-Fe3O4↓+4H2O，然后過(guò)濾、洗滌、干燥得到晶體產(chǎn)品；

(4)取產(chǎn)品樣品a g，加過(guò)量硫酸溶解，發(fā)生反應(yīng)：Fe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O，得到樣品溶液，然后用col/LKMnO4標(biāo)準(zhǔn)液滴定，發(fā)生MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O。

i.取v0mL樣品溶液，用標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)液v1mL，n(KMnO4)=c·V=c mol/L×v1×10-3 L=cv1×10-3 mol；則n(Fe2+)=5n(KMnO4)=5cv1×10-3 mol；

ii.另取v0mL樣品溶液，加入適量鋅粉充分反應(yīng)(將Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe2+)，過(guò)濾，再用標(biāo)準(zhǔn)液滴定濾液至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)液v2mL，則反應(yīng)后溶液中Fe2+總物質(zhì)的量為n(Fe2+)=5n(KMnO4)總=5cv2×10-3 mol；原溶液中Fe3+的物質(zhì)的量為n(Fe3+)=5cv2×10-3 mol-5cv1×10-3 mol=5c(v2-v1)×10-3 mol。

(5)晶體中Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量比==。