Question

18．氧化鐵是重要工業顏料，以廢鐵屑為原料制備氧化鐵的步驟如下：（部分操作和條件略）
步驟1：用碳酸鈉溶液洗去鐵屑表面的油污．
步驟2：加入稍過量的稀硫酸，保持50～80℃，充分反應后，過濾．
步驟3：將濾液與稍過量的NH₄HCO₃溶液混合，得到FeCO₃的濁液．
步驟4：過濾、洗滌、干燥，得到FeCO₃固體．
步驟5：煅燒FeCO₃，得到Fe₂O₃固體．
（1）步驟2中，如何判斷反應已經充分？溶液中不再產生氣泡．
（2）步驟2所得的濾渣中主要含有一種鐵的化合物W（Fe₃C），經以下處理后，回收利用：W在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體X；將X溶于稀硫酸．
①煅燒時1mol W消耗O₂3mol；
②X溶于稀硫酸的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O．
（3）步驟3生成FeCO₃反應的化學方程式為FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（4）將步驟4補充完整：過濾、洗滌．
（5）若煅燒時條件控制不當，會使產品中存在雜質FeO．
①若要設計實驗檢驗產品中是否存在FeO，且只能選用兩種試劑，這兩種試劑是稀硫酸和酸性KMnO₄溶液．
②現煅燒116.0kg的FeCO₃，得到79.2kg產品，則該產品的純度為90.9%．（設產品中只有一種雜質FeO，計算結果保留3位有效數字）

Answer 1

分析 由步驟可知，碳酸鈉水解顯堿性，可促進油污的水解，加稀硫酸除去碳酸鈉，且溶解Fe，過濾后，濾液中含Fe²⁺，與碳酸氫銨反應生成碳酸亞鐵沉淀，經過過濾，洗滌，干燥，灼燒得到氧化鐵；
（1）根據反應已經充分時反應停止即無現象發生判斷；
（2）①Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體X，X為Fe₃O₄，所以該反應方程式為：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂，據此計算；
②X為Fe₃O₄，將X溶于稀硫酸反應生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，據此書寫離子方程式；
（3）步驟2濾液中含Fe²⁺，與碳酸氫銨反應生成碳酸亞鐵沉淀，據此書寫離子方程式；
（4）將步驟4經過過濾，洗滌，干燥，得到FeCO₃固體；
（5）①根據以上分析煅燒后肯定生成氧化鐵，要檢驗產品中是否存在FeO，則應先用酸將其溶解，再用酸性KMnO₄溶液檢驗含有三價鐵離子時是否含有二價鐵離子；
②假設Fe₂O₃物質的量為x mol，FeO的物質的量為y mol，根據質量守恒和鐵原子守恒列方程組計算．

解答 解：（1）因為反應已經充分時反應停止即無現象發生，所以當溶液中不再產生氣泡時可以判斷反應已經充分，
故答案為：溶液中不再產生氣泡；
（2）①Fe₃C在足量的空氣中高溫煅燒，生成有磁性的固體X，X為Fe₃O₄，所以該反應方程式為：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂，則煅燒時1mol W（Fe₃C），消耗O₂ 3mol，
故答案為：3；
②X為Fe₃O₄，將X溶于稀硫酸反應生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，則離子方程式為 Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（3）步驟2濾液中含Fe²⁺，與碳酸氫銨反應生成碳酸亞鐵沉淀，則生成FeCO₃沉淀的化學方程式為FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，故答案為：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）將步驟4經過過濾，洗滌，干燥，得到FeCO₃固體，故答案為：過濾；洗滌；
（5）①根據以上分析煅燒后肯定生成氧化鐵，要檢驗產品中是否存在FeO，則應先用酸將其溶解，再用酸性KMnO₄溶液檢驗含有三價鐵離子時是否含有二價鐵離子，又酸性KMnO₄溶液會氧化氯離子，所以應選用硫酸溶解，所以這兩種試劑是稀硫酸和酸性KMnO₄溶液，
故答案為：稀硫酸和酸性KMnO₄溶液；
②假設Fe₂O₃物質的量為x mol，FeO的物質的量為y mol，那么滿足：160x+72y=79200；鐵原子守恒（2x+y）×116=116000，解得x=450mol，所以產物中Fe₂O₃的質量160g/mol×450mol=72000g=72kg，則該產品的純度為$\frac{72g}{79.2g}$×100%=90.9%；故答案為：90.9%．

點評 本題考查元素化合物性質、基本操作與方案設計、常用化學用語等，關鍵是熟練綜合應用相關元素化合物知識，要求學生要有扎實的實驗基礎知識和靈活應用信息解決問題的能力，題目難度中等．