Question

（14分）铁是一种过渡元素，金属铁是最常用的金属。请回答下列各题：

（1）生铁中含有一种铁碳化合物(Fe₃C)，在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体和能使澄清石灰水变浑浊的气体，该反应的化学方程式为                      。上述反应生成的磁性固体能溶于过量盐酸，该反应的离子方程式为                   。

（2）在Fe²⁺、Fe³⁺的催化作用下，可实现2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄的转化。已知，含SO₂的废气通入Fe²⁺、Fe³⁺的溶液时，其中一个反应的离子方程式为4Fe²⁺ + O₂+ 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O，则另一反应的离子方程式为                         。

（3）硫酸厂用煅烧黄铁矿（FeS₂）来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣（主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂）制绿矾。利用烧渣制绿矾的过程如下：

  

①烧渣溶于稀H₂SO₄过程中，有单质硫生成，写出该反应的离子方程式（只写生成S的反应式，其他反应无需写出）                                 。

②向溶液X中加入足量铁屑的目的是                               。

③可用硫酸酸化的 KMnO₄溶液通过滴定法测定绿矾产品中FeSO₄含量，滴定时发生反应的离子方程式为                               。

（4）已知Fe(OH)₃的溶度积常数K_sp＝1.1×10^-36。室温时在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当溶液pH=3时，通过计算说明Fe³⁺是否沉淀完全                  。

（提示：当某离子浓度小于1.0×10^-5 mol•L^-1时可以认为该离子沉淀完全了）

Answer

（1）Fe3C + 3O2Fe3O4 + CO2（2分）  Fe3O4 + 8H+ = Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O（2分）

（2）2Fe3+ + SO2 + 2H2O = 2Fe2+ + SO42- + 4H+（2分）

（3）①2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓ + 2H+（2分）

②使Fe3+完全转化为Fe2+，以制备纯净的绿矾晶体（2分）

③5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3++Mn2+ + 4H2O（2分）

（4）计算得c(Fe3＋)＝1.1×10-3mol•L-1＞1×10-5 mol•L-1，故Fe3+没有沉淀完全（2分）

【解析】（1）根据反应物和生成物可知，反应的方程式为Fe3C + 3O2Fe3O4 + CO2。由于四氧化三铁中铁元素的化合价既有＋2价的，还有＋3价的，所以方程式为Fe3O4 + 8H+ = Fe2+ + 2Fe3+ + 4H2O。

（2）根据题意，总反应式减去4Fe2+ + O2+ 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O即得到另一个，即2Fe3+ + SO2 + 2H2O = 2Fe2+ + SO42- + 4H+。

（3）①在反应中硫化亚铁和硫酸反应生成硫化氢，而氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁，硫酸铁能氧化硫化氢生成硫单质，方程式为2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S↓ + 2H+。

②溶液中含有铁离子，所以必须其还原成亚铁离子，即铁粉的作用是使Fe3+完全转化为Fe2+，以制备纯净的绿矾晶体。

③高锰酸钾溶液具有氧化性，能把硫酸亚铁氧化生成硫酸铁，方程式为5Fe2+ + MnO4- + 8H+ = 5Fe3++Mn2+ + 4H2O。

（4）pH=3，所以溶液中OH－的浓度是10－11mol/L，所以根据溶度积常数的表达式

可知，溶液中铁离子浓度是＞1×10-5 mol•L-1，故Fe3+没有沉淀完全。