Question

2．工業上利用硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、FeO、SiO₂等）為原料制備高檔顏料鐵紅（Fe₂O₃），具體生產流程如下：

試回答下列問題：
（1）濾液X中含有的金屬陽離子是Fe²⁺、Fe³⁺（填離子符號）．
（2）步驟Ⅲ中可選用B調節溶液的pH（填字母）．
A．稀硝酸B．氨水C．氫氧化鈉溶液D．高錳酸鉀溶液
（3）步驟Ⅳ中，FeCO₃沉淀完全后，溶液中含有少量Fe²⁺，檢驗Fe²⁺的方法是取少量溶液，加入硫氰化鉀溶液，不顯紅色，然后滴加氯水，溶液變為紅色．
（4）在空氣中煅燒FeCO₃生成產品氧化鐵的化學方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．
（5）3.84g Fe和Fe₂O₃的混合物溶于過量鹽酸中，生成0.03mol H₂，反應后的溶液中加入KSCN溶液檢驗，溶液不顯紅色．則原混合物中Fe₂O₃的質量1.6g
（6）硫酸鐵可作絮凝劑，常用于凈水，其原理是Fe³⁺+H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺（用離子方程式表示）．
高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑的一個優點是能與水反應生成膠體吸附雜質，配平該反應的離子方程式：
FeO${\;}_{4}^{2-}$+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-．
（7）磁鐵礦是工業上冶煉鐵的原料之一，其原理是Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂，若有1.5mol Fe₃O₄參加反應，轉移電子的物質的量是12mol．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣加入硫酸后生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，生成硫酸亞鐵溶液，調節pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經洗滌、干燥，在空氣中灼燒時發生分解，且與空氣中的氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵，
（1）硫鐵礦燒渣主要成分為Fe₂O₃、FeO、SiO₂等，依據酸浸后鐵的氧化物和酸反應溶解，二氧化硅不與酸反應分析判斷；
（2）依據步驟Ⅱ加入過量鐵粉濾液中陽離子為亞鐵離子，步驟Ⅲ加入試劑調節溶液PH至5-6.5，試劑不能氧化亞鐵離子，不能是堿性強的溶液；
（3）溶液中含有少量Fe²⁺，遇KSCN溶液不變色，被氧化成鐵離子后可以看到血紅色，據此檢驗Fe²⁺；
（4）空氣中煅燒碳酸亞鐵，是碳酸亞鐵和氧氣反應生成氧化鐵和二氧化碳，原子守恒配平寫出；
（5）3.84gFe和Fe₂O₃的混合物溶于過量鹽酸中，發生的反應為：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O，2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，根據化學方程式列式計算；
（6）硫酸鐵水解生成氫氧化鐵膠體，可作絮凝劑，高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑，與水反應生成氫氧化鐵膠體和氧氣，根據電荷守恒可寫出離子方程式；
（7）在反應Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂中，鐵從+2價和+3價變為0價，每摩爾Fe₃O₄參加反應可轉移8mol電子，據此計算．

解答 解：硫鐵礦燒渣加入硫酸后生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，生成硫酸亞鐵溶液，調節pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經洗滌、干燥，在空氣中灼燒時發生分解，且與空氣中的氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵，
（1）硫鐵礦燒渣主要成分為Fe₂O₃、FeO、SiO₂等，酸浸后鐵的氧化物和酸反應溶解，二氧化硅不與酸反應，氧化鐵溶解后生成鐵離子，氧化亞鐵溶解后生成亞鐵離子，
故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；
（2）由步驟Ⅱ加入過量鐵粉濾液中陽離子為亞鐵離子，步驟Ⅲ加入試劑調節溶液pH至5-6.5，試劑不能氧化亞鐵離子，強堿性溶液會沉淀亞鐵離子，
A．稀硝酸具有氫氧化性能氧化亞鐵離子，故A不符合；   
B．氨水是弱堿，可以調節溶液PH，故B符合；
C．氫氧化鈉溶液 是強堿溶液，加入會沉淀亞鐵離子，故C不符合；     
D．高錳酸鉀溶液具有氫氧化性，能氧化亞鐵離子，故D不符合；
故選B；
（3）溶液中含有少量Fe²⁺，遇KSCN溶液不變色，被氧化成鐵離子后可以看到血紅色，所以檢驗Fe²⁺的方法是取少量溶液，加入硫氰化鉀溶液，不顯紅色，然后滴加氯水，溶液變為紅色，
故答案為：取少量溶液，加入硫氰化鉀溶液，不顯紅色，然后滴加氯水，溶液變為紅色；
（4）空氣中煅燒碳酸亞鐵，是碳酸亞鐵和氧氣反應生成氧化鐵和二氧化碳，由原子守恒配平后反應的化學方程式為4FeCO₃+O₂  $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂  $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（5）設Fe為xmol，Fe₂O₃為ymol，反應的方程式分別為Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O，2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，由于反應后的溶液中加入KSCN檢驗，溶液無明顯現象，則說明FeCl₃完全反應，溶液中只生成FeCl₂，則有：
Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O，
ymol         2ymol
   2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，
 2ymol    ymol
   Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，
（x-y）mol          0.03mol
則有：$\left\{\begin{array}{l}{56X+160y=3.84}\\{x=y+0.03}\end{array}\right.$，解之得：x=0.04，y=0.01，
所以Fe₂O₃的質量為0.01mol×160g/mol=1.6g，
故答案為：1.6g；
（6）硫酸鐵水解生成氫氧化鐵膠體，可作絮凝劑，反應的離子方程式為Fe³⁺+H₂O=Fe （OH）₃（膠體）+3H⁺，高鐵酸鉀（K₂FeO₄）作為水處理劑，與水反應生成氫氧化鐵膠體和氧氣，反應的離子方程式為4FeO${\;}_{4}^{2-}$+10H₂O═4Fe（OH）₃（膠體）+3O₂↑+8OH^-，
故答案為：Fe³⁺+H₂O=Fe （OH）₃（膠體）+3H⁺；4、10、4、3、8；
（7）在反應Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4CO₂中，鐵從+2價和+3價變為0價，每摩爾Fe₃O₄參加反應可轉移8mol電子，所以若有1.5mol Fe₃O₄參加反應，轉移電子的物質的量是12 mol，
故答案為：12 mol．

點評 本題考查了鐵及其化合物性質的分析應用，主要是流程分析理解和反應過程的判斷，題目難度中等．