Question

10．工業上利用硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO、SiO₂）為原料制備高檔顏料--鐵紅（Fe₂O₃），具體生產流程如下：

試回答下列問題：
（1）步驟1若改用稀硝酸，則Fe₃O₄發生反應的離子反應方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）實驗室實現“步驟Ⅱ”中分離操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等；步驟Ⅳ中應選用D試劑調節溶液的pH（填字母編號）．
A．稀硝酸      B．氫氧化鈉溶液      C．高錳酸鉀溶液      D．氨水
（3）檢驗步驟Ⅲ已經進行完全的試劑是KSCN溶液；
（4）步驟Ⅵ中發生反應的化學反應方程式為4FeCO₃+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（5）步驟Ⅴ中，FeCO₃達到沉淀溶解平衡時，若室溫下測得溶液的pH為9.5，c（Fe²⁺）=1×10^-6 mol/L．試判斷所得的FeCO₃中是否含有Fe（OH）₂有（填“是”或“否”），請通過簡單計算說明理由溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-4.5）²=1×10^-15＞K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故有Fe（OH）₂沉淀生成．（已知：K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17）此空刪去．
（6）欲測定硫鐵礦礦渣中Fe元素的質量分數，稱取5.6 克樣品，充分“酸溶”、“水溶”后過濾，向濾液中加入足量的H₂O₂，充分反應后加入NaOH溶液至不再繼續產生沉淀，經過濾、洗滌、灼燒至固體恒重，冷卻后稱得殘留固體4.2克，測得該樣品中Fe元素的質量分數為52.5%（保留三位有效數字）．

Answer 1

分析 硫鐵礦燒渣加入硫酸后金屬氧化物反應生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，酸性氧化物SiO₂不能發生反應，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，硫酸鐵發生反應生成硫酸亞鐵溶液，調節pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經洗滌、干燥，在空氣中灼燒時發生分解，且與空氣中的氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵．（1）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應生成亞鐵離子、鐵離子和水；
（2）根據分析可知，步驟Ⅱ為過濾，過濾操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等，步驟Ⅳ中調節pH值的試劑要能與酸反應且不引入新的雜質，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗步驟Ⅲ已經進行完全，即溶液中沒有鐵離子；
（4）步驟Ⅵ中發生反應為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵；
（5）由題中數據可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-4.5）²=1×10^-15＞Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故有Fe（OH）₂沉淀生成；
（6）根據題意，最后稱得殘留固體4.2g為氧化鐵，可計算鐵元素的質量，由鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質量，以此計算質量分數．

解答 解：硫鐵礦燒渣加入硫酸后金屬氧化物反應生成硫酸亞鐵、硫酸鐵，酸性氧化物SiO₂不能發生反應，過濾后得到的濾渣為二氧化硅，濾液中加入過量鐵粉，硫酸鐵發生反應生成硫酸亞鐵溶液，調節pH后加入碳酸氫銨溶液，可生成碳酸亞鐵固體，經洗滌、干燥，在空氣中灼燒時發生分解，且與空氣中的氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵，
（1）酸溶過程中四氧化三鐵和酸反應生成亞鐵離子、鐵離子和水，“酸溶”過程中Fe₃O₄發生反應的離子方程式為Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O；
（2）根據分析可知，步驟Ⅱ為過濾，過濾操作所用的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒和燒杯等，步驟Ⅳ中調節pH值的試劑要能與酸反應且不引入新的雜質，由于加入了NH₄HCO₃溶液，所以溶液中含有NH₄⁺，故用氨水較好，選項D正確，
故答案為：漏斗；D；
（3）步驟Ⅲ是將鐵離子還原成亞鐵離子，檢驗步驟Ⅲ已經進行完全，即溶液中沒有鐵離子，可以用KSCN溶液．
故答案為：KSCN溶液；
（4）步驟Ⅵ中發生反應為碳酸亞鐵在空氣中與氧氣發生氧化還原反應，可生成氧化鐵，反應方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
（5）由題中數據可知，溶液中c（Fe²⁺）•c²（OH^-）=1×10^-6×（1×10^-4.5）²=1×10^-15＞Ksp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故有Fe（OH）₂沉淀生成，
故答案為：有；溶液中c（Fe²⁺）•c（OH^-）²=1×10^-6×（1×10^-4.5）²=1×10^-15＞K_sp[Fe（OH）₂]=4.9×10^-17，故有Fe（OH）₂沉淀生成；
（6）根據題意，最后稱得殘留固體4.2g為氧化鐵，則鐵元素的質量為$\frac{112}{160}$×4.2g=2.94g，根據鐵元素守恒可知樣品中鐵元素的質量為2.94g，所以樣品中Fe元素的質量分數為$\frac{2.94g}{5.6g}$×100%=52.5%，
故答案為：52.5%．

點評 本題考查物質的制備實驗，為高頻考點，把握制備流程、物質的性質、發生的反應為解答的關鍵，側重分析與實驗、計算能力的綜合考查，題目難度中等．