Question

2．以黃鐵礦為原料制硫酸產生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等．實驗室模擬工業以硫酸渣制備鐵紅（Fe₂O₃），過程如圖：

（1）硫酸渣的成分中既能與酸又能與堿反應的是Al₂O₃，寫出酸溶過程Fe₂O₃與稀硫酸反應的離子反應方程式：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）生產過程中，為了確保鐵紅的純度，氧化過程需要調節溶液的pH的范圍是3.2-3.8（部分陽離子以氫氧化物形式沉淀時溶液的pH見表）

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
開始沉淀	2.7	3.8	7.5	9.4
完全沉淀	3.2	5.2	9.7	12.4

（3）濾渣A的主要成分為SiO₂，濾液B含有的主要物質有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃．
（4）如何證明洗滌環節充分洗凈取少許最后一次洗滌濾液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出現白色渾濁，表示已洗滌完全．
（5）已知硫酸渣質量為a kg，假設鐵紅制備過程中鐵元素損耗25%，最終得到鐵紅的質量為b kg，則原來硫酸渣中鐵元素質量分數為$\frac{14b}{15a}$．（用題中所給數據計算并用最簡整數比表示結果）

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，過濾得到濾渣A含有SiO₂，濾液含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺，再加氫氧化鈉，調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8可得到Fe（OH）₃，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅，濾液B中含有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，以此解答該題．

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，過濾得到濾渣A含有SiO₂，濾液含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺，再加氫氧化鈉，調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8可得到Fe（OH）₃，最后洗滌、烘干、研磨使氫氧化鐵分解生成氧化鐵，從而得到鐵紅，濾液B中含有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，
（1）硫酸渣的成分中既能與酸又能與堿反應的是Al₂O₃，為兩性氧化物，Fe₂O₃與稀硫酸反應的離子反應方程式為Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：Al₂O₃；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）由表中數據可知調節溶液的pH的范圍是3.2～3.8主要是使三價鐵沉淀，而二價鎂，三價鋁都不沉淀，故答案為：3.2-3.8；
（3）由以上分析可知濾渣A的主要成分為SiO₂，濾液B含有的主要物質有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，
故答案為：SiO₂；Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃；
（4）固體具有吸附性，氫氧化鐵固體表面吸附硫酸根離子，可取少許最后一次洗滌濾液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出現白色渾濁，表示已洗滌完全，
故答案為：取少許最后一次洗滌濾液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出現白色渾濁，表示已洗滌完全；
（5）鐵紅制備過程中鐵元素的質量為（b×$\frac{112}{160}$）÷75%=$\frac{14b}{15}$，則原來硫酸渣中鐵元素質量分數為$\frac{14b}{15a}$，故答案為：$\frac{14b}{15a}$．

點評 本題通過制備鐵紅，考查了物質制備方案的設計及化學實驗基本操作方法的綜合應用，題目難度中等，明確制備流程及化學實驗基本操作方法為解答關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．