Question

20．工業上常采用煅燒黃鐵礦來制備SO₂，同時產生燒渣．燒渣的主要成分是含鐵的氧化物和二氧化硅等，利用燒渣制備高效凈水劑聚合硫酸鐵可以達到資源綜合利用的目的．其工藝流程如圖：

（1）檢驗“反應I”后的溶液中是否含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液．
（2）濾渣I的主要成分是SiO₂．
（3）“操作III”中具體的方法依次為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾和洗滌．
（4）加入適量H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，氧化時需控制反應溫度為50～60℃的原因是溫度低，反應速率慢
溫度高，H₂O₂分解加快，導致氧化劑用量增加．
（5）生成聚合硫酸鐵的過程是先水解再聚合，聚合的化學方程式為mFe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{（3-\frac{n}{2}）}$?[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{（3-\frac{n}{2}）}$]_m請寫出水解的化學方程式Fe₂（SO₄）₃+nH₂O?Fe₂（OH）_n（SO₄Fe₂（SO₄）₃+nH₂O?Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-$\frac{n}{2}$_）+$\frac{n}{2}$H₂SO₄）（3-$\frac{n}{2}$）₊$\frac{n}{2}$H₂SO₄．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加熱酸溶，水浸，過濾出不溶于酸的二氧化硅，濾液中含有硫酸鐵和硫酸亞鐵，加廢鐵皮，Fe與三價鐵離子反應生成亞鐵離子，過濾去除多余的鐵，濾液為硫酸亞鐵溶液，然后蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸亞鐵晶體，晶體中加稀硫酸、雙氧水得到聚合硫酸鐵，
（1）鐵離子的檢驗方法是遇到KSCN溶液會變紅色；
（2）分析可知濾渣Ⅰ是二氧化硅；
（3）由溶液得到晶體FeSO₄•7H₂O，需蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾和洗滌；
（4）氧化時需控制反應溫度為50～60℃的原因是溫度過低反應速率小，溫度過高過氧化氫會發生分解；
（5）硫酸鐵水解生成Fe₂（OH）_n（SO₄）（3-$\frac{n}{2}$）結合原子守恒配平書寫水解化學方程式；

解答 解：硫鐵礦燒渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加熱酸溶，水浸，過濾出不溶于酸的二氧化硅，濾液中含有硫酸鐵和硫酸亞鐵，加廢鐵皮，Fe與三價鐵離子反應生成亞鐵離子，過濾去除多余的鐵，濾液為硫酸亞鐵溶液，然后蒸發濃縮、冷卻結晶，得到硫酸亞鐵晶體，晶體中加稀硫酸、雙氧水得到聚合硫酸鐵，
（1）檢驗“反應I”后的溶液中是否含有Fe³⁺的試劑是KSCN溶液，鐵離子遇到KSCN溶液變血紅色，怎么鐵離子的存在，
故答案為：KSCN溶液；
 （2）硫鐵礦燒渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加熱酸溶，水浸，過濾出不溶于酸的二氧化硅，濾渣I的主要成分是SiO₂，
故答案為：SiO₂；
（3）操作III”中是由溶液得到晶體FeSO₄•7H₂O，具體的方法依次為需蒸發濃縮、冷卻結晶，過濾和洗滌，
故答案為：蒸發濃縮（或加熱濃縮）； 冷卻結晶；
（4）加入適量H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，氧化時需控制反應溫度為50～60℃的原因是為了加快反應速率，防止過氧化氫分解，因為溫度低，反應速率慢；溫度高，H₂O₂分解加快，導致氧化劑用量增加，
故答案為：溫度低，反應速率慢；溫度高，H₂O₂分解加快，導致氧化劑用量增加；
（5）生成聚合硫酸鐵的過程是先水解再聚合，聚合的化學方程式為mFe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{（3-\frac{n}{2}）}$?[Fe₂（OH）_n（SO₄）${\;}_{（3-\frac{n}{2}）}$]_m，水解的化學方程式為：Fe₂（SO₄）₃+nH₂O?Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-$\frac{n}{2}$_）+$\frac{n}{2}$H₂SO₄，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃+nH₂O?Fe₂（OH）_n（SO₄）_（3-$\frac{n}{2}$_）+$\frac{n}{2}$H₂SO₄．

點評 本題考查制備實驗方案的設計與評價，為高頻考點和常見題型，題目難度中等，準確的分析流程、明確鐵及其化合物的性質是解題的關鍵，側重學生分析能力和創新能力的培養．