Question

【题目】实验室利用硫铁矿烧渣(主要含 Fe2O3、SiO2 等)制备碱式硫酸铁[Fea(OH)b (SO4)c]溶液， 并测定其组成。

(1)酸浸时反应的化学方程式为___。

(2)操作 a 的名称为___，X 为___(填化学式)。

(3)加 CaCO3 调节溶液的 pH，其目的是中和溶液中的酸，并使 Fe2(SO4)3 转化为 Fea(OH)b (SO4)c。若溶 液的 pH 偏高，将会导致溶液中铁元素的含量降低，其原因是___(用文字表述)。

(4)为测定碱式硫酸铁的组成，取一定量样品与足量盐酸反应，所得溶液平均分为两份。一份溶液中加入足量的 BaCl2 溶液，得到白色沉淀 1.7475 g。另一份溶液，先将 Fe3+还原为 Fe2+，充分反应后向溶液中滴加 0.02000 mol·L－1 K2 Cr2O7溶液，完全反应时消耗K2 Cr2O7溶液 50.00 mL。求该样品的化学式(已知：Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O)__________________。(请写出计算过程)

Answer 1

【答案】Fe2O3＋3H2SO4＝Fe2(SO4)3＋3H2O 过滤 SiO2 溶液的pH偏高，将会导致溶液中的铁元素形成Fe(OH)3沉淀 n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

由Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O可知：6Fe2+～Cr2O72-，则碱式硫酸铁中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根据电荷守恒3n(Fe3+)=2n（SO42-）+n（OH-），则n（OH-）=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

碱式硫酸铁中n(Fe3+)：n（OH-）：n(SO42-)=0.006mol：0.003mol：0.0075mol=4：2：5

所以碱式硫酸铁的化学式为Fe4(OH)2(SO4)5

【解析】

硫铁矿烧渣（主要含Fe2O3、SiO2等）和稀硫酸混合，发生反应Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O，SiO2和稀硫酸不反应，过滤得滤渣为SiO2，滤液中含有Fe2（SO4）3，加入CaCO3粉末，调节溶液的pH，发生反应生成CaSO4、碱式硫酸铁溶液和CO2，滤渣的成分主要为CaSO4，过滤得滤液，Fe2(SO4)3转化为Fea(OH)b(SO4)c。

（1）酸浸过程中氧化铁和硫酸反应生成硫酸铁和水；

（2）根据分析可知，操作a为过滤，X为SiO2；

（3）若溶液的pH偏高，溶液中的Fe3+和OH-发生离子反应生成Fe（OH）3沉淀使溶液中铁元素的含量降低；

（4）根据碱式硫酸铁[Fea(OH)b(SO4)c]中铁离子和硫酸根离子的守恒，计算出碱式硫酸铁中Fe3+和硫酸根离子的物质的量，再根据电荷守恒计算OH-的物质的量，从而求得该样品的化学式。

（1）通过分析可知，酸浸时反应的化学方程式为Fe2O3+3H2SO4═Fe2（SO4）3+3H2O，故答案为：Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O。

（2）二氧化硅和硫酸不反应，所以X的成分为SiO2，操作a为过滤，故答案为：过滤，SiO2。

（3）通过分析可知，若溶液的pH偏高，溶液中的Fe3+和OH-发生离子反应生成Fe（OH）3沉淀使溶液中铁元素的含量降低，故答案为：溶液的pH偏高，将会导致溶液中的铁元素形成Fe(OH)3。

（4）n(SO42-)=n(BaSO4)=1.7475g÷233g/mol=0.0075mol

由Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O可知：6Fe2+～Cr2O72-，则碱式硫酸铁中n(Fe3+)=0.02mol/L×0.05Lmol×6=0.006mol

根据电荷守恒3n(Fe3+)=2n（SO42-）+n（OH-），则n（OH-）=0.006mol×3-0.0075mol×2=0.003mol

碱式硫酸铁中n(Fe3+)：n（OH-）：n(SO42-)=0.006mol：0.003mol：0.0075mol=4：2：5

所以碱式硫酸铁的化学式为Fe4(OH)2(SO4)5。