Question

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

試回答下列問題：
（1）“酸溶”過程中Fe₃O₄發生反應的離子反應方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）實驗室實現“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中應選用D試劑調節溶液的pH（填字母編號）．
A．稀硝酸      B．氫氧化鈉溶液      C．高錳酸鉀溶液      D．氨水
（3）檢驗步驟Ⅲ已經進行完全的試劑是KSCN溶液；
（4）步驟Ⅴ的反應溫度一般需控制在35℃以下，其目的是防止NH₄HCO₃分解，減少Fe²⁺的水解；
（5）步驟Ⅵ中發生反應的化學反應方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）步驟Ⅴ中，FeCO₃達到沉淀溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為8.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6 mol•L^-1．試判斷所得的FeCO₃中是否含有Fe（OH）₂否（填“是”或“否”），請通過簡單計算說明理由．（已知：K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17）溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）欲測定硫鐵礦礦渣中Fe元素的質量分數，稱取ag樣品，充分“酸溶”、“水溶”后過濾，向濾液中加入足量的H₂O₂，充分反應后加入NaOH溶液至不再繼續產生沉淀，經過濾、洗滌、灼燒至固體恒重，冷卻后稱得殘留固體bg，測得該樣品中Fe元素的質量分數為$\frac{7b}{10a}$．

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）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應生成亞鐵離子、鐵離子和水；
（2）根據分析可知，步驟Ⅱ為過濾，據此判斷所需儀器，步驟Ⅳ中調節pH值的試劑要能與酸反應且不引入新的雜質；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗步驟Ⅲ已經進行完全，即溶液中沒有鐵離子；
（4）步驟Ⅴ是加入碳酸氫銨產生碳酸亞鐵溶液，溫度過高亞鐵離子水解程度增大同進碳酸氫銨容易分解；
（5）步驟Ⅵ中發生反應為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵；
（6）根據溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²與K_sp[Fe（OH）₂]比較，可判斷有無Fe（OH）₂沉淀；
（7）根據題意，最后稱得殘留固體bg為氧化鐵，則鐵元素的質量為$\frac{112}{160}$×bg=0.7bg，根據鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質量為0.7bg，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）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應生成亞鐵離子、鐵離子和水，“酸溶”過程中Fe₃O₄發生反應的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）根據分析可知，步驟Ⅱ為過濾，過濾操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等，步驟Ⅳ中調節pH值的試劑要能與酸反應且不引入新的雜質，所以用氨水較好，故選D，
故答案為：漏斗；D；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗步驟Ⅲ已經進行完全，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是加入碳酸氫銨產生碳酸亞鐵溶液，溫度過高亞鐵離子水解程度增大同進碳酸氫銨容易分解，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中發生反應為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵，反應方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（6）由題中數據可知，溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成，
故答案為：否；溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-5.5）²=1×10^-17＜K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故無Fe（OH）₂沉淀生成；
（7）根據題意，最后稱得殘留固體bg為氧化鐵，則鐵元素的質量為$\frac{112}{160}$×bg=0.7bg，根據鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質量為0.7bg，所以樣品中Fe元素的質量分數為$\frac{0.7b}{a}$=$\frac{7b}{10a}$，
故答案為：$\frac{7b}{10a}$．

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．