Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學成分為SiO₂（約45%）、Fe₂O₃（約40%）、Al₂O₃（約10%）和MgO（約5%）．某同學設計了如下方案，分離樣品中各種金屬元素．請回答下列問題．

（1）試寫出溶液B中的溶質是

 

；
（2）請你按以下框圖形式進一步完成由“溶液C”到“Al₂O₃”的流程（注明試劑、條件和操作），并寫出相應反應的化學方程式（或離子反應方程式）

 

；

（3）為了分析某硫酸渣中鐵元素的含量，可先將硫酸渣預處理，把鐵元素還原成Fe²⁺，再用KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定．
①判斷到達滴定終點的現象是

 

；
②某同學稱取2.000g硫酸渣，預處理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL試樣溶液，用0.0050mol/L KMnO₄標準溶液滴定，達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質量分數是

 

．（列式計算）

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）溶液B是廢渣主要化學成分為SiO₂（約45%）、Fe₂O₃（約40%）、Al₂O₃（約10%）和MgO（約5%），溶于過量鹽酸反應后過濾得到的溶液中溶質；
（2）依據廢渣溶于過量鹽酸得到溶液B中含有溶質為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃和過量HCl；B溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節溶液PH=3.7后，生成氫氧化鐵沉淀；和濾液MgCl₂、AlCl₃和過量HCl；在加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到濾液中為NaCl，NaAlO₂；通入二氧化碳氣體生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到Al₂O₃；依據流程圖畫出；
（3）①根據KMnO₄標準溶液本身就是一種指示劑；
②利用關系式法計算和質量百分數的概念來分析．

解答： 解：（1）廢渣主要化學成分為SiO₂（約45%）、Fe₂O₃（約40%）、Al₂O₃（約10%）和MgO（約5%）；加入過量鹽酸，Fe₂O₃堿性氧化物，Al₂O₃兩性氧化物、MgO堿性氧化物都和過量的鹽酸反應生成的溶液中含有溶質為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃和過量HCl，
故答案為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃、HCl；
（2）依據廢渣溶于過量鹽酸得到溶液B中含有溶質為：MgCl₂、AlCl₃、FeCl₃和過量HCl；B溶液中加入氫氧化鈉溶液，調節溶液PH=3.7后，生成氫氧化鐵沉淀；和濾液MgCl₂、AlCl₃和過量HCl；在加入過量氫氧化鈉溶液，過濾得到濾液中為NaCl，NaAlO₂；通入二氧化碳氣體生成氫氧化鋁沉淀，過濾得到氫氧化鋁沉淀，灼燒得到Al₂O₃，實驗流程圖為，
反應的離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，AlO₂^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O；
故答案為：；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，Al³⁺+4OH^-=AlO₂^-+2H₂O，AlO₂^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O；

（3）①因KMnO₄標準溶液本身就是一種指示劑，滴入最后一滴溶液變為紫色，故答案為：滴下最后一滴KMnO₄標準溶液時，溶液顏色變為紫紅色，且在半分鐘內不褪色；
②利用關系式法計算：
5Fe^{2+_～～～～}MnO₄^-
2×10^-5mol  1.000×10^-2mol?L^-1×0.01L×4
鐵元素的質量為：2×10^-3mol×56g/mol=1.12×10^-1g；
鐵元素的質量分數為

0.112g

2.000g

×100%=5.6%，
故答案為：5.6%．

點評：本題考查了設計流程分離物質，試劑選擇和反應現象，反應特征的應用，滴定實驗的終點判斷，滴定過程的計算應用，題目難度中等．