Question

3．硫鐵礦燒渣是一種重要的化工生產中間產物，主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅等．下面是以硫鐵礦燒渣制備高效凈水劑聚合硫酸鐵的流程圖：

（1）實驗室實現“操作I”所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯．
（2）檢驗“酸溶”后的溶液中含有Fe²⁺試劑是KMnO₄溶液，現象是紫紅色褪去．
（3）“操作III”系列操作名稱依次為蒸發濃縮（加熱濃縮）、冷卻結晶、過濾和洗滌．洗滌的方法是向漏斗里加入蒸餾水，使水沒過沉淀物，等水自然流完后，重復操作2～3次．
（4）加入適量H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，寫出H₂O₂氧化Fe²⁺為Fe³⁺的離子方程式：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．

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[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（1）操作I為過濾，根據過濾操作分析；
（2）“酸溶”后的溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，檢驗Fe²⁺試劑是KMnO₄ 溶液，現象是紫紅色褪去；
（3）操作Ⅲ的目的是由溶液得到晶體FeSO₄•7H₂O，需蒸發濃縮、冷卻結晶．洗滌的操作方法是向漏斗里加入蒸餾水，使水面沒過沉淀物，等水自然流完后，重復操作2-3次；
（4）酸性條件下H₂O₂氧化Fe²⁺為Fe³⁺，同時生成水．

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[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（l）根據流程圖可知，操作I為過濾，需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯，
故答案為：漏斗、玻璃棒；
（2）“酸溶”后的溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，Fe²⁺具有還原性，所以檢驗Fe²⁺試劑是KMnO₄ 溶液，現象是紫紅色褪去，
故答案為：KMnO₄ 溶液；紫紅色褪去；
（3）操作Ⅲ的目的是由溶液得到晶體FeSO₄•7H₂O，需蒸發濃縮、冷卻結晶，洗滌的操作方法是向漏斗里加入蒸餾水，使水面沒過沉淀物，等水自然流完后，重復操作2-3次，
故答案為：蒸發濃縮（加熱濃縮）、冷卻結晶；向漏斗里加入蒸餾水，使水沒過沉淀物，等水自然流完后，重復操作2～3次；
（4）酸性條件下H₂O₂氧化Fe²⁺為Fe³⁺，同時生成水，反應的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．

點評 本題考查制備實驗方案的設計與評價，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．