Question

6．以黃鐵礦為原料制硫酸產生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，用硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃）的過程如圖所示：

（1）酸溶過程中為提高鐵的浸出率，可采取的措施有適當提高反應溫度（增加浸出時間；增大硫酸的濃度；研磨硫酸渣，增大固體表面積）（要求寫出一條）．“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂．
（2）還原過程中加入FeS₂的目的是將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為H₂SO₄，請完成該反應的離子方程式：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O═15Fe²⁺+2SO₄^2-．
（3）氧化過程中，O₂、NaOH與Fe²⁺反應的離子方程式為4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.8	7.6	9.4
完全沉淀pH	3.2	5.2	9.7	12.4

（4）為了確保鐵紅的質量，氧化過程需要調節溶液的pH的范圍是3.2-3.8（幾種離子沉淀的pH見表）；濾液B可以回收的物質有（寫化學式）Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，．

Answer 1

分析 硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，再加氫氧化鈉調節PH值3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀而被除去，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到實驗目的；
（1）根據影響反應速率的因素來判斷；
（2）根據氧化還原反應中的反應物和生成物結合電子守恒來配平來書寫化學方程式；
（3）在堿性環境下，亞鐵離子可以被氧氣氧化為正三價離子，據氧化還原反應中的反應物和生成物結合電子守恒來配平來書寫離子方程式；
（4）根據表中離子沉淀所需的pH大小結合流程中濾液B中應是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉來回答．

解答 解：硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不與酸反應的SiO₂，再加氫氧化鈉調節PH值3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀而被除去，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到實驗目的；
（1）根據影響反應速率的因素知道：升高溫度；增加浸出時間；增大硫酸的濃度；研磨硫酸渣，增大固體表面積均可以提高鐵的浸出率，因二氧化硅不與硫酸反應，故“濾渣A”主要成份的化學式為SiO₂；故答案為：適當提高反應溫度（增加浸出時間；增大硫酸的濃度；研磨硫酸渣，增大固體表面積等）；SiO₂；
（2）-2價的硫離子具有還原性，FeS₂可以將溶液中的Fe³⁺還原為Fe²⁺，而本身被氧化為硫酸根離子，有關的離子方程式為：FeS₂+14Fe³⁺+8H₂O=15Fe²⁺+2SO₄^2-+16H⁺，故答案為：8；2；16H⁺；
（3）通入空氣、加入NaOH可以將溶液中的鐵元素充分轉化為氫氧化鐵沉淀而析出，即4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓，故答案為：4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^-=4Fe（OH）₃↓；
（4）為了確保鐵紅的質量，氧化過程調節溶液的pH至3.2-3.8，其目的是使Fe³⁺沉淀完全，而其他金屬陽離子不生成沉淀，因加入的是氫氧化鈉來調節PH，所以濾液B中應是未沉淀離子的硫酸鹽和硫酸鈉；洗滌未沉淀的離子為Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺，故濾液B可以回收的物質有Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，故答案為：使Fe³⁺沉淀完全，而其他金屬陽離子不生成沉淀．
故答案為：3.2-3.8；Na₂SO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄．

點評 本題涉及物質的性質、離子方程式的書寫以及元素以及化合物的性質等方面的知識，難度大．