Question

【題目】鐵是應用最廣泛的金屬，鐵的鹵化物、氧化物以及高價鐵的含氧酸鹽均為重要化合物。某廠為了變廢為寶，將工業廢水（含5.00×10-3 mol·L-1的Cr2O72-)處理得到磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4，設計了如下實驗流程：

（1）第①步反應的離子方程式是________________________________。

（2）第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有____________________。

（3）為保證磁性材料的質量，應控制第①步反應后所得溶液中Fe2+與Fe3+的比例為______________。在第②步過程中，須持續通入N2，原因是________________________________。

（4）將FeSO4溶液與稍過量的NH4HCO3溶液混合，得到含FeCO3的濁液。濁液長時間暴露在空氣中，會有部分固體表面變為紅褐色，該變化的化學方程式是________________________________。

（5）某研究性學習小組欲從蝕刻鍍銅電路板所得廢液(溶質為FeCl2、CuCl2、FeCl3)出發，制備FeCl3·6H2O，請設計制取FeCl3·6H2O的實驗步驟：___________________________。 （可選用的試劑：鐵粉、鹽酸和H2O2溶液）

Answer 1

【答案】 Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O Fe(OH)3和Fe(OH)2 2：3 N2氣氛下，防止Fe2+被氧化 4FeCO3+6H2O+O2=4Fe(OH)3+4CO2 向廢液中加入足量鐵粉，充分反應后過濾；在濾渣中加入足量鹽酸，充分反應后過濾；將兩次過濾所得濾液合并，向其中加入適量H2O2溶液至Fe2+全部生成Fe3+；將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥得FeCl3·6H2O

【解析】（1）第①步反應是含Cr2O72-的酸性廢水與綠礬反應，Cr2O72-被還原為Cr3+，Fe2+被氧化為Fe3+，反應的離子方程式為：Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O；（2）含Cr3+、Fe2+、Fe3+的溶液與氫氧化鈉反應生成Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2，故第②步過濾得到的濾渣中主要成分除Cr(OH)3外，還有Fe(OH)3和Fe(OH)2；（3）根據磁性材料Cr0.5Fe1.5FeO4分子組成可知，Fe2+與Fe3+的比例為x:y，則根據化合物各元素化合價代數和為0得：x+y=2.5，0.5×3+2x+3y-2×4=0，解得x=1，y=1.5，故為保證磁性材料的質量，應控制第①步反應后所得溶液中Fe2+與Fe3+的比例為1：1.5=2：3；在第②步過程中，須持續通入N2，原因是N2氣氛下，防止Fe2+被氧化；（4）含FeCO3的濁液長時間暴露在空氣中，會有部分固體表面變為紅褐色Fe(OH)3，反應的化學方程式為：4FeCO3+6H2O+O2=4Fe(OH)3+4CO2；（5）某研究性學習小組欲從蝕刻鍍銅電路板所得廢液(溶質為FeCl2、CuCl2、FeCl3)出發，制備FeCl3·6H2O，必須除去銅離子，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再轉化為沉淀，故制取FeCl3·6H2O的實驗步驟為：向廢液中加入足量鐵粉，充分反應后過濾；在濾渣中加入足量鹽酸，充分反應后過濾；將兩次過濾所得濾液合并，向其中加入適量H2O2溶液至Fe2+全部生成Fe3+；將溶液蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌干燥得FeCl3·6H2O。