Question

8．硫鐵礦燒渣（主要成分為Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂等）是生產硫酸的工業廢渣，其綜合利用對環境保護具有現實意義．利用硫鐵礦燒渣制備鐵紅等產品的實驗流程如下：

已知幾種鹽的溶解度隨溫度變化的曲線如圖所示．回答下列問題：

（1）酸浸、過濾后濾液中的金屬陽離子是Fe²⁺，調節pH的試劑最好是氨水．
（2）煅燒FeCO₃生成產品Ⅰ的化學方程式為4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；實驗室進行煅燒操作所需的儀器除了酒精噴燈、泥三角、三腳架、玻璃棒外，還有坩堝、坩堝鉗．
（3）為了獲取產品Ⅱ，向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液后，還需要進行的操作是蒸發結晶、洗滌干燥．
（4）檢驗產品Ⅱ中是否含有氯化物雜質的實驗操作是取少量產品Ⅱ于試管中配成溶液，滴加過量Ba（NO₃）₂溶液、AgNO₃溶液
（5）鐵紅與硝酸反應得到硝酸鐵，硝酸鐵可用作做滑稽、媒染劑．Fe（NO₃）₃產品中一般含有Fe（NO₃）₂，兩者加熱至完全分解，均生成鐵紅和一種紅棕色氣體及一種單質氣體，取一定質量含Fe（NO₃）₂的Fe（NO₃）₃樣品，加熱至完全分解，得到0.88g鐵紅固體和0.8904L（標準狀況）混合氣體，則該樣品中Fe（NO₃）₃的質量分數為93.08%．

Answer 1

分析 利用硫鐵礦燒渣制備鐵紅等產品的實驗流程為：Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與還原劑反應生成鐵，鐵和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，過濾后所以濾液中的主要溶質是硫酸亞鐵；硫酸亞鐵與碳酸氫銨反應得到碳酸亞鐵和硫酸銨；碳酸亞鐵與氧氣反應生成了氧化鐵、二氧化碳；硫酸銨與氯化鉀反應生成硫酸鉀和氯化銨，根據硫酸鉀的溶解度隨溫度變化不大，可用蒸發結晶、趁熱過濾、洗滌、干燥得到硫酸鉀．
（1）Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與還原劑反應生成鐵，酸浸能與稀硫酸反應得到Fe²⁺、SiO₂不能與稀硫酸反應；依據提純分離的目的分析選擇調節溶液PH是為了除去雜質，不能氧化亞鐵離子；
（2）根據圖示，碳酸亞鐵煅燒生成氧化鐵和二氧化碳氣體；根據煅燒操作的方法寫出使用的儀器名稱；
（3）硫酸銨與氯化鉀反應生成硫酸鉀和氯化銨，根據硫酸鉀的溶解度隨溫度變化不大，可用蒸發結晶、趁熱過濾、洗滌、干燥得到硫酸鉀；
（4）檢驗產品II中是否含有氯化物雜質需先除去SO₄，再檢驗Cl^-；
（5）鐵紅為氧化鐵，紅棕色氣體為二氧化氮，依據氧化還原規律，氮從+5價變為+4價，硝酸鐵中鐵化合價未變，則只有氧元素化合價變化，一種單質氣體為氧氣，則兩反應為4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；4Fe（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑，依據兩反應方程式分析解答．

解答 解：（1）因Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO與還原劑反應生成鐵，鐵和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，所以濾液中的主要溶質是硫酸亞鐵，過濾后濾液中的金屬陽離子是Fe²⁺，步驟3中可選用氨水試劑調節溶液的pH，除去雜質得到亞鐵鹽溶液，
故答案為：Fe²⁺；氨水；
（2）碳酸亞鐵與氧氣反應生成了氧化鐵盒二氧化碳，反應的化學方程式為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂；
因實驗室進行煅燒操作所需儀器有：酒精燈、泥三角、三腳架、玻璃棒、坩堝、坩堝鉗，還缺少的儀器為：坩堝、坩堝鉗，
故答案為：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂； 坩堝、坩堝鉗；
（3）硫酸銨與氯化鉀反應生成硫酸鉀和氯化銨；因硫酸鉀的溶解度隨溫度變化不大，可用蒸發結晶、趁熱過濾、洗滌、干燥得到硫酸鉀，
故答案為：蒸發結晶；
（4）因檢驗產品II中是否含有氯化物雜質需先除去SO₄，再檢驗Cl^-，所以滴加過量Ba（NO₃）₂溶液，過濾后向濾液滴加AgNO₃溶液，
故答案為：滴加過量Ba（NO₃）₂溶液、AgNO₃溶液；
（5）鐵紅為氧化鐵，紅棕色氣體為二氧化氮，依據氧化還原規律，氮從+5價變為+4價，硝酸鐵中鐵化合價未變，則只有氧元素化合價變化，一種單質氣體為氧氣，則兩反應為4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；4Fe（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑，0.88g鐵紅固體n=$\frac{0.88g}{160g/mol}$=0.0055mol，0.8904L（標準狀況）混合氣體n=$\frac{0.8904L}{22.4L/mol}$=0.03975mol，設一定量的樣品中Fe（NO₃）₂、Fe（NO₃）₃的物質的量分別為x：y，$\frac{1}{2}$x+$\frac{1}{2}$y=0.0055mol，2x+$\frac{1}{4}$x+3y+$\frac{3}{4}$y=0.03975mol，解得x：y：0.001：0.01=1：10，則該樣品中Fe（NO₃）₃的質量分數為$\frac{10×242}{10×242+1×180}$×100%≈93.08%，
故答案為：93.08%．

點評 本題考查物質的制備和分離操作，側重于學生分析能力、實驗能力、計算能力和綜合運用化學知識能力的考查，為高考常見題型，題目難度中等，注意根據實驗流程以及相關物質的性質解答該題．