Question

15．工業(yè)上利用硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO、SiO₂）為原料制備高檔顏料--鐵紅（Fe₂O₃），具體生產(chǎn)流程如下：

試回答下列問題：
（1）“酸溶”過程中Fe₃O₄發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)“步驟Ⅱ”中分離操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等；步驟Ⅳ中應(yīng)選用D試劑調(diào)節(jié)溶液的pH（填字母編號(hào)）．
A．稀硝酸      B．氫氧化鈉溶液      C．高錳酸鉀溶液      D．氨水
（3）檢驗(yàn)步驟Ⅲ已經(jīng)進(jìn)行完全的試劑是KSCN溶液；
（4）步驟Ⅴ的反應(yīng)溫度一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH₄HCO₃分解，減少Fe²⁺的水解；
（5）步驟Ⅵ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）步驟Ⅴ中，F(xiàn)eCO₃達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)，若室溫下測得溶液的pH為8.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6 mol/L．試判斷所得的FeCO₃中是否含有Fe（OH）₂否（填“是”或“否”），請通過簡單計(jì)算說明理由．（已知：K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17）溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成．
（7）欲測定硫鐵礦礦渣中Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取ag樣品，充分“酸溶”、“水溶”后過濾，向?yàn)V液中加入足量的H₂O₂，充分反應(yīng)后加入NaOH溶液至不再繼續(xù)產(chǎn)生沉淀，經(jīng)過濾、洗滌、灼燒至固體恒重，冷卻后稱得殘留固體bg，測得該樣品中Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{70b}{a}$%．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣加入硫酸后金屬氧化物反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，酸性氧化物SiO₂不能發(fā)生反應(yīng)，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，硫酸鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫酸亞鐵溶液，調(diào)節(jié)pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經(jīng)洗滌、干燥，在空氣中灼燒時(shí)發(fā)生分解，且與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可生成氧化鐵．（1）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應(yīng)生成亞鐵離子、鐵離子和水；
（2）根據(jù)分析可知，步驟Ⅱ?yàn)檫^濾，過濾操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等，步驟Ⅳ中調(diào)節(jié)pH值的試劑要能與酸反應(yīng)且不引入新的雜質(zhì)，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗(yàn)步驟Ⅲ已經(jīng)進(jìn)行完全，即溶液中沒有鐵離子；
（4）步驟Ⅴ是加入碳酸氫銨產(chǎn)生碳酸亞鐵溶液，溫度過高，亞鐵離子水解程度增大，同時(shí)加入的碳酸氫銨不穩(wěn)定，受熱容易分解；
（5）步驟Ⅵ中發(fā)生反應(yīng)為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可生成氧化鐵；
（6）由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）根據(jù)題意，最后稱得殘留固體bg為氧化鐵，可計(jì)算鐵元素的質(zhì)量，由鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質(zhì)量，以此計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：硫鐵礦燒渣加入硫酸后金屬氧化物反應(yīng)生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，酸性氧化物SiO₂不能發(fā)生反應(yīng)，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，硫酸鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫酸亞鐵溶液，調(diào)節(jié)pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經(jīng)洗滌、干燥，在空氣中灼燒時(shí)發(fā)生分解，且與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可生成氧化鐵．（1）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應(yīng)生成亞鐵離子、鐵離子和水，“酸溶”過程中Fe₃O₄發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）根據(jù)分析可知，步驟Ⅱ?yàn)檫^濾，過濾操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等，步驟Ⅳ中調(diào)節(jié)pH值的試劑要能與酸反應(yīng)且不引入新的雜質(zhì)，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺，故用氨水較好，選項(xiàng)D正確，
故答案為：漏斗；D；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗(yàn)步驟Ⅲ已經(jīng)進(jìn)行完全，即溶液中沒有鐵離子，可以用KSCN溶液．故答案為：KSCN溶液；
（4）步驟Ⅴ是加入碳酸氫銨產(chǎn)生碳酸亞鐵溶液，溫度過高，亞鐵離子水解程度增大，同時(shí)加入的碳酸氫銨不穩(wěn)定，受熱容易分解，所以溫度一般需控制在35℃以下，
故答案為：防止NH₄HCO₃分解，減少Fe²⁺的水解；
（5）步驟Ⅵ中發(fā)生反應(yīng)為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可生成氧化鐵，反應(yīng)方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）由題中數(shù)據(jù)可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成，
故答案為：否；液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）根據(jù)題意，最后稱得殘留固體bg為氧化鐵，則鐵元素的質(zhì)量為$\frac{112}{160}$×bg=0.7bg，根據(jù)鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質(zhì)量為0.7bg，所以樣品中Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.7bg}{ag}$×100%=$\frac{70b}{a}$%，故答案為：$\frac{70b}{a}$%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程、物質(zhì)的性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的綜合考查，題目難度中等．