Question

16．聚鐵[化學式可表示為Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]，具有吸附、脫色、除臭作用，是無機高分子混凝劑凈水材料．實驗室利用黃銅礦廢渣（主要成分為FeCuS₂和SiO₂）制取聚鐵的化工流程如下：

回答下列問題：
（1）寫出焙燒黃銅礦廢渣時發生的主要反應的化學方程式4FeCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂O₃+4CuO．
（2）濾渣A的主要成分為SiO₂（填化學式）．
（3）本工藝流程中在硫酸鐵、硫酸銅混合溶液中加入過量的Fe（填X的化學式），過濾得到硫酸亞鐵溶液和濾渣B，要使濾渣B中兩種成分分離開來，最簡單的方法是磁鐵吸附．
（4）將硫酸亞鐵溶液、硫酸混合攪拌，當溫度升高到30～45℃時，通過加料管緩慢加入H₂O₂可制得聚鐵，此步驟的溫度不能過高，其原因是溫度過高，雙氧水會分解，工業上此過程應在B中進行（填字母）
A．沸騰爐     B．反應釜   C．回轉窯      D蒸餾塔
（5）流程中可循環利用的物質有Fe、H₂SO₄．
（6）當生成1mol聚鐵時，理論上消耗30%H₂O₂（密度為1.11g/cm³）102.1mL．

Answer 1

分析 （1）黃銅礦廢渣焙燒生成二氧化硫、氧化鐵與CuO；
（2）氧化鐵、氧化銅、二氧化硅混合物用硫酸溶解，二氧化硅不反應，過濾除去；
（3）硫酸銅、硫酸鐵濾液中加入Fe除去硫酸銅，過濾分離，濾液中加入硫酸、過氧化氫得到聚鐵，濾渣B中含有Cu及Fe，利用磁石分離出Fe；
（4）雙氧水不穩定，溫度過高容易分解；
（5）二氧化硫轉化制備的硫酸及濾渣B中的Fe可以循環利用；
（6）根據電子轉移守恒計算過氧化氫的質量，再結合雙氧水的密度與質量分數計算．

解答 解：（1）黃銅礦廢渣焙燒生成二氧化硫、氧化鐵與CuO，反應方程式為：4FeCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂O₃+4CuO，
故答案為：4FeCuS₂+13O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$8SO₂+2Fe₂O₃+4CuO；
（2）氧化鐵、氧化銅、二氧化硅混合物用硫酸溶解，二氧化硅不反應，過濾除去，濾渣A的主要成分為：SiO₂，
故答案為：SiO₂；
（3）硫酸銅、硫酸鐵濾液中加入Fe除去硫酸銅，過濾分離，濾液中加入硫酸、過氧化氫得到聚鐵，濾渣B中含有Cu及Fe，利用磁鐵吸附分離出Fe，
故答案為：Fe；磁鐵吸附；
（4）控制溫度不能過高，其原因是：溫度過高，雙氧水會分解，工業上此過程應在反應釜中進行，
故答案為：溫度過高，雙氧水會分解；B；
（5）二氧化硫轉化制備的硫酸及濾渣B中的Fe可以循環利用，
故答案為：Fe、H₂SO₄；
（6）聚鐵中Fe為+3價，根據電子轉移守恒，當生成1mol聚鐵時消耗H₂O₂為$\frac{2mol×（3-2）}{2}$=1mol，故需要30%H₂O₂（密度為1.11g/cm³）的體積為：1mol×34g/mol÷30%÷1.11g/cm³=102.1cm³，
故答案為：102.1．

點評 本題考查物質制備工藝流程，涉及對原理與操作的分析評價、條件控制、物質的分離提純、氧化還原反應計算等，熟練掌握元素化合物性質，是對學生綜合能力的考查．