Question

聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型高效的無機高分子絮凝劑，廣泛用于水的處理．現用一定質量的鐵的氧化物（如下圖）為原料來制取聚合硫酸鐵，為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺．實驗步驟如下：

（1）實驗室用18.4mol?L^-1的濃硫酸配制250mL4.8mol?L^-1的硫酸溶液，所用的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒和吸量管（一種帶有刻度的移液管）外，還需

250mL容量瓶、膠頭滴管

．
（2）步驟Ⅱ取樣分析溶液中的Fe²⁺、Fe³⁺的含量，目的是

BC

．
A．控制溶液中Fe²⁺與Fe³⁺含量比       B．確定下一步還原所需鐵的量
C．確定氧化Fe²⁺所需NaClO₃的量      D．確保鐵的氧化物酸溶完全
（3）寫出步驟Ⅳ中用NaClO₃氧化時的離子方程式

6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O

（提示：ClO₃^-轉化為Cl^-）；
已知1mol HNO₃的價格為0.16元，1mol NaClO₃的價格為0.45元，評價用HNO₃代替NaClO₃作為氧化劑的利弊，利是

原料成本較低

，弊是

產生氣體對大氣有污染

．
（4）為了分析產品聚合硫酸鐵溶液中SO₄^2-與Fe³⁺物質的量之比，有人設計了以下操作：
（a）取25mL聚合硫酸鐵溶液，加入足量的BaCl₂溶液，產生白色沉淀，白色沉淀經過過濾、洗滌、干燥后，稱重，其質量為m g．
（b）另取25mL聚合硫酸鐵溶液，加足量銅粉，充分反應后過濾、洗滌，將濾液和洗液合并配成250mL溶液，取該溶液25.00mL，用KMnO₄酸性溶液滴定，到達終點時用去0.1000mol/L KMnO₄標準溶液VmL．反應的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
回答下列問題：
①判斷（a）步驟溶液中SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是

取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全

；
②在（b）步驟中判斷達到終點的現象是

溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色

；
③聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質的量之比為

m

233

=

V

200

（用含m、V的代數式表示）．

Answer 1

分析：（1）根據配制一定量分數溶液的步驟：計算、稱量、溶解，確定所用的儀器；
（2）為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺；
（3）根據氧化還原反應中化合價升降相等以及電荷守恒、質量守恒來解答，從環保和成本方面考慮；
（4）①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達到終點時高錳酸鉀過量，溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色；
③分別求出聚合硫酸鐵中SO₄^2-與Fe³⁺的物質的量（用含m、V的代數式表示）．

解答：解：（1）配制一定量分數硫酸溶液需要的儀器有：膠頭滴管、量筒、玻璃棒、燒杯．
故答案為：250mL容量瓶、膠頭滴管；
（2）因為控制水解時Fe³⁺的濃度，防止生成氫氧化鐵沉淀，原料中的Fe³⁺必須先還原為Fe²⁺，所以確定下一步還原所需鐵的量，然后Fe²⁺再被氧化Fe³⁺，需要確定氧化Fe²⁺所需NaClO₃的量．
故答案為：BC；
（3）Fe²⁺由+2價升高到+3價，ClO₃^-中Cl的化合價從+5價降低到-1價，得6Fe²⁺+ClO₃^-+H⁺--6Fe³⁺+Cl^-，由電荷守恒、質量守恒得：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O，從環保和成本方面考慮利是原料成本較低，弊是產生氣體對大氣有污染．
故答案為：6Fe²⁺+ClO₃^-+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^-+3H₂O； 原料成本較低；產生氣體對大氣有污染；
（4））①判斷SO₄^2-離子已沉淀完全的方法是取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全，
故答案為：取上層清夜，滴加BaCl₂溶液，若無沉淀產生，則溶液中SO₄^2-已沉淀完全；
②達到終點時高錳酸鉀過量，溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色，
故答案為：溶液由淺藍色變為淺紫紅色，且半分鐘內不變色  
③25mL溶液中含聚合硫酸鐵中SO₄^2-的物質的量為：

m

233

mol，
設Fe³⁺的物質的量為x：
         5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
                1        5
  0.1mol/L×0.001VL    

x

10

 
解得x=

V

200

mol，
故答案為：

m

233

=

V

200

點評：本題以鐵及其化合物為載體，以流程圖形式考查了氧化還原反應知識、元素化合物的知識．