Question

8．硫铁矿烧渣是一种重要的化学化工产业中间产物，主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅等．下面是以硫铁矿烧渣制备高效净水剂聚合硫酸铁_m的流程图：

（1）聚合硫酸铁_m的铁元素的化合价为+3．
（2）实验室实现“操作I”所用的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒和烧杯等．“操作III”系列操作名称依次为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和洗涤．
（3）“酸溶”过程中Fe₃O₄溶解的化学反应方程式为Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（4）硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是增大烧渣固体与硫酸的接触的表面积，加快烧渣的溶解速率．
（5）加入适量H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，写出该过程中H₂O₂氧化Fe²⁺的离子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（6）若硫铁矿烧渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物质的量之比为1：1：1，且这些氧化物的总物质的量为a mol，则流程图中反应I消耗铁单质的物质的量至少为$\frac{2}{3}$amol．

Answer 1

分析 硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（1）根据化合价代数和为0判断聚合硫酸铁中铁元素的化合价；
（2）操作I为过滤，根据过滤操作分析；操作Ⅲ是从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体；
（3）Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸铁和硫酸亚铁；
（4）增大固体的表面积反应速率增大；
（5）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时生成水；
（6）若硫铁矿烧渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物质的量之比为1：1：1，且这些氧化物的总物质的量为a mol，则在a mol硫铁矿烧渣中含有+3价的铁为$\frac{4}{3}$amol，根据反应I：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，可计算出反应I消耗铁单质的物质的量．

解答 解：硫铁矿烧渣（主要成分是Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO和二氧化硅），加硫酸加热酸溶，水浸，过滤出不溶于酸的二氧化硅，滤液中含有硫酸铁和硫酸亚铁，加废铁皮，Fe与三价铁离子反应生成亚铁离子，过滤去除多余的铁，滤液为硫酸亚铁溶液，然后蒸发浓缩、冷却结晶，得到硫酸亚铁晶体，晶体中加稀硫酸、双氧水得到聚合硫酸铁[Fe₂（OH）_n（SO₄）_3-n/2]_m，
（1）根据化合价代数和为0可知，聚合硫酸铁中铁元素的化合价为+3价，
故答案为：+3，
（2）操作I为过滤，过滤操作用到玻璃仪器有 漏斗、玻璃棒和烧杯等；操作Ⅲ是从硫酸亚铁溶液中获得硫酸亚铁晶体，系列操作名称依次为蒸发浓缩、降温结晶、过滤和洗涤，
故答案为：漏斗；蒸发浓缩、降温结晶；
（3）Fe₃O₄溶于硫酸生成硫酸铁和硫酸亚铁，反应的化学方程式为：Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
故答案为：Fe₃O₄+4H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（4）硫铁矿烧渣在“酸溶”前要粉碎的主要目的是增大烧渣固体与硫酸的接触的表面积，加快烧渣的溶解速率，
故答案为：增大烧渣固体与硫酸的接触的表面积，加快烧渣的溶解速率；
（5）酸性条件下H₂O₂氧化Fe²⁺为Fe³⁺，同时双氧水被还原生成水，其反应的离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（6）若硫铁矿烧渣中Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO的物质的量之比为1：1：1，且这些氧化物的总物质的量为a mol，则在a mol硫铁矿烧渣中含有+3价的铁为$\frac{4}{3}$amol，根据反应I：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，可知铁单质的物质的量为$\frac{4}{3}a×\frac{1}{2}$mol=$\frac{2}{3}$amol，
故答案为：$\frac{2}{3}$a．

点评 本题考查制备实验方案的设计与评价，题目难度较大，准确的分析流程、明确铁及其化合物的性质是解题的关键，侧重学生分析能力和创新能力的培养．