Question

【題目】實驗室利用硫鐵礦燒渣(主要含 Fe2O3、SiO2 等)制備堿式硫酸鐵[Fea(OH)b (SO4)c]溶液， 并測定其組成。

(1)酸浸時反應的化學方程式為___。

(2)操作 a 的名稱為___，X 為___(填化學式)。

(3)加 CaCO3 調節溶液的 pH，其目的是中和溶液中的酸，并使 Fe2(SO4)3 轉化為 Fea(OH)b (SO4)c。若溶 液的 pH 偏高，將會導致溶液中鐵元素的含量降低，其原因是___(用文字表述)。

(4)為測定堿式硫酸鐵的組成，取一定量樣品與足量鹽酸反應，所得溶液平均分為兩份。一份溶液中加入足量的 BaCl2 溶液，得到白色沉淀 1.7475 g。另一份溶液，先將 Fe3+還原為 Fe2+，充分反應后向溶液中滴加 0.02000 mol·L－1 K2 Cr2O7溶液，完全反應時消耗K2 Cr2O7溶液 50.00 mL。求該樣品的化學式(已知：Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O)__________________。(請寫出計算過程)

Answer 1

【答案】Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O 過濾 SiO2 溶液的pH偏高，將會導致溶液中的鐵元素形成Fe(OH)3沉淀 n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

由Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O可知：6Fe2+～Cr2O72-，則堿式硫酸鐵中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根據電荷守恒3n(Fe3+)=2n（SO42-）+n（OH-），則n（OH-）=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

堿式硫酸鐵中n(Fe3+)：n（OH-）：n(SO42-)=0.006mol：0.003mol：0.0075mol=4：2：5

所以堿式硫酸鐵的化學式為Fe4(OH)2(SO4)5

【解析】

硫鐵礦燒渣（主要含Fe2O3、SiO2等）和稀硫酸混合，發生反應Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O，SiO2和稀硫酸不反應，過濾得濾渣為SiO2，濾液中含有Fe2（SO4）3，加入CaCO3粉末，調節溶液的pH，發生反應生成CaSO4、堿式硫酸鐵溶液和CO2，濾渣的成分主要為CaSO4，過濾得濾液，Fe2(SO4)3轉化為Fea(OH)b(SO4)c。

（1）酸浸過程中氧化鐵和硫酸反應生成硫酸鐵和水；

（2）根據分析可知，操作a為過濾，X為SiO2；

（3）若溶液的pH偏高，溶液中的Fe3+和OH-發生離子反應生成Fe（OH）3沉淀使溶液中鐵元素的含量降低；

（4）根據堿式硫酸鐵[Fea(OH)b(SO4)c]中鐵離子和硫酸根離子的守恒，計算出堿式硫酸鐵中Fe3+和硫酸根離子的物質的量，再根據電荷守恒計算OH-的物質的量，從而求得該樣品的化學式。

（1）通過分析可知，酸浸時反應的化學方程式為Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O，故答案為：Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O。

（2）二氧化硅和硫酸不反應，所以X的成分為SiO2，操作a為過濾，故答案為：過濾，SiO2。

（3）通過分析可知，若溶液的pH偏高，溶液中的Fe3+和OH-發生離子反應生成Fe（OH）3沉淀使溶液中鐵元素的含量降低，故答案為：溶液的pH偏高，將會導致溶液中的鐵元素形成Fe(OH)3。

（4）n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

由Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O可知：6Fe2+～Cr2O72-，則堿式硫酸鐵中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根據電荷守恒3n(Fe3+)=2n（SO42-）+n（OH-），則n（OH-）=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

堿式硫酸鐵中n(Fe3+)：n（OH-）：n(SO42-)=0.006mol：0.003mol：0.0075mol=4：2：5

所以堿式硫酸鐵的化學式為Fe4(OH)2(SO4)5。