Question

4．以黄铜矿烧渣（含CuO、Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）为主要原料，制备铁的多种化合物的流程如下：

（1）流程中硫酸的质量分数为30% （密度是1.176g/cm³），该硫酸的物质的量浓度为3.6mol•L^-1．
（2）检验滤液A中存在Fe³⁺的方法是滴加KSCN溶液，如果溶液变血红色．
（3）加入足量铁粉的作用除调节pH使Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，还有两个作用，写出其中一个反应的离子方程式Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺或Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．
（4）流程②中除去绿矾晶体中所含杂质常采用冰水或乙醇洗涤．
（5）工业上通过在空气中煅烧FeCO₃固体生产Fe₂O₃．写出反应的化学方程式4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

Answer 1

分析 本题是利用黄铜矿烧渣（含CuO、Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）为主要原料，用硫酸溶解后，过滤除去SiO₂，滤液用过量的铁粉置换出铜，并调节溶液pH得到Al（OH）₃沉淀，通过过滤除去不溶物，得到的滤液主要是硫酸亚铁溶液，再将滤液通过蒸发浓缩、冷却结果得到FeSO₄7H₂O，然后将绿矾溶解于水，向溶液里滴加纯碱溶液，可得到碳酸亚铁固体，整个流程涉及了反应原理的探究，及混合物的分离操作，还考查了质量分数与物质的量浓度之间的换算，据此可作答；
（1）可假设硫酸溶液的体积为1L，结合公式c=$\frac{n}{V}$计算硫酸的物质的量浓度；
（2）检验溶液里有无Fe³⁺，通常用KSCN溶液，现象明显，容易检验；
（3）加入足量铁粉的作用除调节pH使Al³⁺转化为Al（OH）₃沉淀，还可以置换溶液里的铜，也可以将Fe³⁺还原成Fe²⁺；
（4）绿矾晶体表面附着的溶液，洗涤时要考虑减少晶体的溶解，可选择冷水或酒精洗涤；
（5）煅烧FeCO₃固体生产Fe₂O₃的过程发生了氧化还原反应，且此过程为氧化过程，可考虑空气中的氧气参与了反应；

解答 （1）30%的硫酸溶液1L，溶液质量为1000mL×1.176g/cm³=1176g，硫酸的物质的量浓度为$\frac{\frac{1176g×30%}{98g/mol}}{1L}$=3.6g/mol，故答案为：3.6mol•L^-1；
（2）向滤液A中滴加KSCN溶液，如果溶液变血红色，则证明存在Fe³⁺的，故答案为：滴加KSCN溶液，如果溶液变血红色；
（3）铁粉的作用除调节溶液pH外，还能与Cu²⁺和Fe³⁺反应，发生反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺、Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺或Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；
（4）选择用冷水或酒精洗涤绿矾晶体表面的溶液，可减少晶体本身的溶解，故答案为：冰水或乙醇；
（5）空气中的氧气参与了煅烧FeCO₃固体生产Fe₂O₃的反应过程，反应的化学方程式为4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂，
故答案为：4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂．

点评 本题以实验流程为载体，考查硫及其化合物的性质，涉及氧化还原反应，属基础性考查，难度不大．