Question

某工廠的廢金屬屑中主要成分為Cu、Fe和Al，此外還含有少量Al₂O₃和Fe₂O₃，該廠用上述廢金屬屑制取新型高效水處理劑Na₂FeO₄（高鐵酸鈉）等產(chǎn)品，過程如下：
I.向廢金屬屑中加入過量的NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾；
II.向I所得固體中加入過量稀H₂SO₄，充分反應(yīng)后過濾；
III.向II所得固體中繼續(xù)加入熱的稀H₂SO₄，同時(shí)不斷鼓入空氣，固體溶解得CuSO₄溶液；
IV.（1）步驟I中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為         、         。
（2）步驟II所得的濾液中加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，表明濾液中不存在Fe³⁺，用離子方程式解釋其
可能的原因         。
（3）步驟III獲得CuSO₄溶液的離子方程式為         。
（4）步驟II所得濾液經(jīng)進(jìn)一步處理可制得Na₂FeO₄，流程如下：

①測(cè)得濾液中c(Fe²⁺) 為a mol·L^-1，若要處理1 m³濾液，理論上需要消耗25 % 的H₂O₂溶液_________kg
（用含a的代數(shù)式表示）。
②寫出由Fe(OH)₃制取Na₂FeO₄的化學(xué)方程式___________。

Answer 1

（1）2Al+2H₂O+2NaOH⁼2NaAlO₂+3H₂↑（2分）
Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O（2分）
（2） 2Fe³⁺⁺Fe=3Fe²⁺ （或2Fe³⁺⁺Cu＝2Fe²⁺⁺Cu²⁺或Fe+Fe₂O₃₊6H⁺＝3Fe²⁺+3 H₂O等）（1分）
（3）2Cu+O₂₊4H⁺  2Cu²⁺⁺2H₂O（2分）
（4） ① 68 a（2分）
②2Fe(OH)₃₊3NaClO+4NaOH＝2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O （2分）

試題分析：（1）廢金屬屑中能和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的物質(zhì)是金屬鋁和兩性氧化物氧化鋁，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+2H₂O+2NaOH⁼2NaAlO₂+3H₂↑、Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O。
（2）I所得固體中含有鐵、銅和氧化鐵，加入過量稀H₂SO₄后鐵、氧化鐵被溶解分別生成硫酸亞鐵和硫酸鐵。由于鐵離子具有氧化性，能氧化單質(zhì)銅生成銅離子和亞銅離子，所以加入KSCN溶液后不顯紅色，反應(yīng)的離子方程式為2Fe³⁺⁺Fe=3Fe²⁺。
（3）銅與稀硫酸不反應(yīng)，但在加熱的條件下能被空氣中的氧氣氧化生成氧化銅，氧化銅可以溶解在稀硫酸中生成硫酸銅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cu+O₂₊4H⁺  2Cu²⁺⁺2H₂O。
（4）①濾液中亞鐵離子的物質(zhì)的量是1000amol，生成氫氧化鐵失去1000amol電子。雙氧水在反應(yīng)中氧元素的化合價(jià)從－1價(jià)降低到－2價(jià)，得到1個(gè)電子，因此1mol雙氧水在反應(yīng)中得到2mol電子。設(shè)需要雙氧水溶液的質(zhì)量是m，則根據(jù)電子得失守恒可知，×2＝1000amol，解得m＝68000amg＝68amkg。
②鐵元素的化合價(jià)從＋3價(jià)升高到＋6價(jià)失去3個(gè)電子，次氯酸鈉中氯元素的化合價(jià)從＋1價(jià)降低到－1 價(jià)，得到2個(gè)電子。因此根據(jù)電子得失守恒可知還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比＝2:3。根據(jù)原子守恒可知，反應(yīng)中還有水生成，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Fe(OH)₃₊3NaClO+4NaOH＝2Na₂FeO₄+3NaCl+5H₂O。