Question

10．以硫鐵礦燒渣（主要成分Fe₂O₃，含少量FeS₂、SiO₂）為原料制堿式硫酸鐵的流程如下：

（1）Fe₂O₃與H₂SO₄反應的產物能將FeS₂氧化為FeSO₄，檢驗Fe³⁺是否反應完全的試劑為KSCN溶液．
（2）濾渣的主要成分為SiO₂（填化學式）．
（3）加入雙氧水氧化時，發生反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）堿式硫酸鐵的化學式為Fe_x（OH）_y（SO₄）_z•nH₂O（x、y、z、n為整數），為確定其組成進行如下實驗：
I．稱取3.3840g 樣品溶于足量的稀鹽酸中；
II．加足量的BaCl₂溶液，過濾、洗滌、干燥、稱重，得固體質量為4.6600g；
III．向步驟②的濾液中加過量的NaOH溶液，過濾、洗滌、灼燒、稱重，得固體質量為1.2800g．
根據以上實驗數據計算：
①堿式硫酸鐵樣品中n（OH^-）：n（SO₄^2-）=2：5．
②堿式硫酸鐵的化學式為Fe₄（OH）₂（SO₄）₅•6H₂O．

Answer 1

分析 硫酸廠燒渣焙燒時，FeS與氧氣反應生成氧化鐵與二氧化硫，再用硫酸酸浸，Fe的氧化物與硫酸反應得到鹽，二氧化硅不反應，過濾得到濾渣為SiO₂，濾液中加入過氧化氫，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再結構系列轉化得到堿式硫酸鐵．
（1）Fe₂O₃與H₂SO₄反應的產物能將FeS₂氧化為FeSO₄，檢驗Fe³⁺是否反應完全可以利用鐵離子遇到KSCN溶液變化為紅色檢驗；
（2）濾渣為不與硫酸反應的二氧化硅；
（3）濾液中加入過氧化氫，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺；
（4）步驟②中得到2.3300g固體為BaSO₄沉淀，步驟③中得到0.6400g為氧化鐵的質量，根據n=$\frac{m}{M}$計算二者物質的量，根據硫酸根守恒、Fe元素守恒可以確定硫酸根、鐵離子物質的量，根據電荷守恒有：n（OH^-）+2n（SO₄^2-）=3n（Fe³⁺），可以計算n（OH^-），據此計算解答，計算摩爾質量得到所含結晶水的個數得到化學式．

解答 解：硫酸廠燒渣焙燒時，FeS與氧氣反應生成氧化鐵與二氧化硫，再用硫酸酸浸，Fe的氧化物與硫酸反應得到鹽，二氧化硅不反應，過濾得到濾渣為SiO₂，濾液中加熱過氧化氫，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，再結構系列轉化得到堿式硫酸鐵．
（1）Fe₂O₃與H₂SO₄反應的產物能將FeS₂氧化為FeSO₄，檢驗Fe³⁺是否反應完全可以利用鐵離子遇到KSCN溶液變化為紅色檢驗，
故答案為：KSCN溶液；
（2）濾渣為不與硫酸反應的二氧化硅，
故答案為：SiO₂；
（3）反應1中加雙氧水的目的是：將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）步驟②中得到4.6600g固體為BaSO₄沉淀，其物質的量為$\frac{4.6600g}{233g/mol}$=0.02mol，根據硫酸根守恒，則n（SO₄^2-）=n（BaSO₄）=0.02mol，步驟③中得到1.2800g為氧化鐵的質量，其物質的量為$\frac{1.280g}{160g/mol}$=0.008mol，
根據Fe元素守恒，則n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=0.016mol，根據電荷守恒有：n（OH^-）+2n（SO₄^2-）=3n（Fe³⁺），故n（OH^-）=3×0.016mol-2×0.02mol=0.008mol，故堿式硫酸鐵樣品中的n（OH^-）：n（SO₄^2-）=0.008mol：0.02mol=2：5，x：y：z=0.016mol：0.008mol：0.02mol=4：2：5，結合化學式：Fe_x（OH）_y（SO₄）_z•nH₂O（x、y、z、n為整數），得到Fe₄（OH）₂（SO₄）₅•nH₂O，物質的量為0.004mol，摩爾質量M=$\frac{3.3840g}{0.004mol}$=846g/mol，
n=$\frac{846-738}{18}$=6，化學式為Fe₄（OH）₂（SO₄）₅•6H₂O，
故答案為：2：5；Fe₄（OH）₂（SO₄）₅•6H₂O．

點評 本題考查物質制備方案、物質組成的測定等，（4）中注意利用守恒法計算，側重考查學生分析計算能力，難度中等．