Question

某化學興趣小組用鐵礦石（主要成分為Fe₂O₃，還有SiO₂、A1₂O₃等雜質）提取Fe₂O₃．操作流程如圖：

查閱資料，部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時pH如表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
完全沉淀的pH	5.2	3.2	9.0

（1）（I）步驟中分離溶液和沉淀的操作名稱是

 

．
（2）沉淀A中主要含有

 

（填化學式）．
（3）濾液Y中的陰離子除OH^-、Cl^-外，還有

 

（填離子符號）．
（4）該鐵礦石中�；煊猩倭康腇eO雜質，加入足量的鹽酸后，濾液X中含有少量Fe²⁺，為了除去濾液X中含有的Fe²⁺，常加入氧化劑H₂O₂，H₂O₂還原產物為水，寫出該反應的離子方程式

 

．若要使該溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀（已知Al（OH）₃開始沉淀時pH為4.1），你認為pH的最佳調控范圍是

 

．
（5）一般認為殘留在溶液中的離子濃度小于1.0×10^-5 mol?L^-1時，沉淀已經完全．請利用上表中數據估算Fe（OH）₂的溶度積

 

．
（6）金屬Fe、Al用途廣，Li-Al/FeS電池是一種車載電池，正極電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe；負極電極反應式為：2Li-2e^-═2Li⁺．下列敘述正確的是

 

．
A．該電池的電池反應式為2Li+FeS═Li₂S+Fe
B．Li-Al在電池中作為負極材料，該材料中Li的化合價為+1價
C．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,常見化學電源的種類及其工作原理

專題：實驗設計題,電化學專題

分析：鐵礦石（主要成分為Fe₂O₃，還有SiO₂、A1₂O₃等雜質）提取Fe₂O₃，依據提取流程圖可知，加入過量鹽酸，氧化鐵和氧化鋁全部溶解為氯化鐵和氯化鋁溶液，二氧化硅不溶于鹽酸為沉淀A；濾液中加入過量氫氧化鈉溶液，氯化鐵全部反應生成氫氧化鐵沉淀，氯化鋁全部反應生成偏鋁酸鈉溶液和氯化鈉溶液，氫氧化鐵加熱分解生成氧化鐵和水；
（1）（I）和（Ⅱ）步驟中分離溶液和沉淀的操作名稱為過濾；
（2）依據分析判斷可知A為SiO₂；
（3）濾液Y是偏鋁酸鈉、氯化鈉溶液，溶液中的陰離子除OH^-、Cl^-外，還有AlO₂^-；
（4）含有的FeO雜質，加入足量的鹽酸后，濾液X中含有少量Fe²⁺，加入氧化劑H₂O₂，把亞鐵離子為鐵離子，H₂O₂還原產物為水；使該溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀結合圖表數據分析判斷；
（5）依據溶度積概念計算；
（6）Li和Al都屬于金屬，合金中Li較Al活潑，根據正極反應式知，原電池的電極材料Li-Al/FeS，判斷出負極材料為Li，發生反應為：Li-e^-═Li⁺，又知該電池中正極的電極反應式為：2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe，所以電池反應為：2Li+FeS═Li₂S+Fe，充電時為電解池原理，陰極發生還原反應，反應式是2Li⁺+2e^-═2Li．

解答： 解：鐵礦石（主要成分為Fe₂O₃，還有SiO₂、A1₂O₃等雜質）提取Fe₂O₃，依據提取流程圖可知，加入過量鹽酸，氧化鐵和氧化鋁全部溶解為氯化鐵和氯化鋁溶液，二氧化硅不溶于鹽酸為沉淀A；濾液中加入過量氫氧化鈉溶液，氯化鐵全部反應生成氫氧化鐵沉淀，氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強堿溶液，氯化鋁全部反應生成偏鋁酸鈉溶液和氯化鈉溶液，氫氧化鐵加熱分解生成氧化鐵和水；
（1）（I）和（Ⅱ）步驟中分離溶液和沉淀的操作名稱為過濾，故答案為：過濾；
（2）依據分析判斷可知A為SiO₂，故答案為：SiO₂；
（3）濾液Y是偏鋁酸鈉、氯化鈉溶液，溶液中的陰離子除OH^-、Cl^-外，還有AlO₂^-，故答案為：AlO₂^-；
（4）該鐵礦石中�；煊猩倭康腇eO雜質，加入足量的鹽酸后，濾液X中含有少量Fe²⁺，為了除去濾液X中含有的Fe²⁺，常加入氧化劑H₂O₂，把亞鐵離子為鐵離子，H₂O₂還原產物為水，該反應的離子方程式：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；若要使該溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀（已知Al（OH）₃開始沉淀時pH為4.1），你認為pH的最佳調控范圍是：3.2≤pH＜4.1；
故答案為：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；3.2≤pH＜4.1；
（5）殘留在溶液中的離子濃度小于1.0×10^-5 mol?L^-1時，沉淀已經完全．Fe（OH）₂完全沉淀pH=9，c（OH-）=

10=14

10-9

=10^-5mol/L，Ksp=c（Fe²⁺）c²（OH^-）=10^-5mol/L×（10^-5mol/L）²=10-15mol³?L^-3，故答案為：1.0×10^-15 mol³?L^-3；
（6）A、根據正極反應2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe與負極反應2Li-2e^-═2Li⁺相加可得反應的電池反應式為：2Li+FeS═Li₂S+Fe，故A正確；
B、Li和Al都屬于金屬，所以Li-Al應該屬于合金而不是化合物，因此化合價為0價，故B錯誤；
C、負極應該是Li失去電子而不是Al，電子負極經外電路流向正極，故C錯誤；
故選：A．

點評：本題考查了鐵礦石提取氧化鐵的流程分析，主要考查了二氧化硅不溶于酸，氫氧化鋁溶于強堿溶液，溶度積常數計算分析，原電池原理的理解應用，題目難度中等．