Question

1．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如下：

（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有CO、SO₂等．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min，若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因用离子方程式表示：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O．
（3）根据下表数据：

氢氧化物	Al（OH）3	Mg（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀的pH	3.10	8.54	2.01	7.11
完全沉淀的pH	4.77	11.04	3.68	9.61

在“除杂”步骤中，为除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值应小于7.11，当pH=5时，溶液中c（Al³⁺）为2.0×10^-6mol•L^-1（已知常温下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33）．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，碳酸氢铵与硫酸亚铁反应的离子方程式为Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．若用等物质的量的碳酸铵替代碳酸氢铵，则产品中可能混有的杂质是CaO、MgO．
（5）A的操作是洗涤、干燥．
（6）m g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁n g．药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于$\frac{n×98%×56}{80m}$（用含m、n的表达式表示）．

Answer 1

分析 工业废渣主要含Fe₂O₃及少量SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO等杂质，加煤燃烧可生成CO、SO₂等有毒气体，加硫酸后只有二氧化硅不反应，酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，被氧化生成Fe³⁺，过滤除去二氧化硅，然后除杂时结合生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11时Fe³⁺和Al³⁺完全转化为沉淀，而亚铁离子没有转化为沉淀，“中和合成”的目的是将溶液中Fe²⁺转变为碳酸亚铁沉淀，过滤得到A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥，然后加热得到氧化铁，
（1）加煤燃烧可生成CO、SO₂等有毒气体；
（2）亚铁离子被氧化为铁离子，亚铁离子含量降低；
（3）除去Fe³⁺和Al³⁺，依据图表中沉淀所需PH分析判断，常温下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33，则c（Al³⁺）=$\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$，据此计算；
（4）碳酸氢铵与硫酸亚铁发生反应生成二氧化碳气体和碳酸亚铁沉淀；若用等物质的量的碳酸铵替代碳酸氢铵，碳酸根离子过量，水解显碱性，据此分析；
（5）A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥；
（6）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，制取的红氧化铁ng中含有的铁的物质的量应该大于：
$\frac{ng×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{n×98%}{80}$mol，据此计算质量分数．

解答 解：（1）由上述分析可知，“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有CO、SO₂等，
故答案为：CO、SO₂等；
（2）在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe²⁺含量将下降，其原因是4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；
（3）由生成沉淀的pH可知，pH大于4.77，小于7.11时Fe³⁺和Al³⁺完全转化为沉淀，而亚铁离子没有转化为沉淀，则除去Fe³⁺和Al³⁺，溶液的pH最大值应小于7.11；已知常温下K_sp[Al（OH）₃]=2.0×10^-33，当pH=5时，c（OH^-）=10^-9mol/L，溶液中c（Al³⁺）=$\frac{Ksp[Al（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$=$\frac{2.0×1{0}^{-33}}{（1{0}^{-9}）^{3}}$=2.0×10^-6mol/L；
故答案为：7.11；2.0×10^-6；      
（4）硫酸亚铁溶液与碳酸氢铵溶液混合后发生应生成二氧化碳气体和碳酸亚铁沉淀，发生反应的离子方程式为Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，若用等物质的量的碳酸铵替代碳酸氢铵，碳酸根离子过量，水解显碱性，将溶液中的镁离子、钙离子与亚铁离子一同沉淀，煅烧沉淀所得的产品中混有CaO、MgO杂质；
故答案为：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；CaO、MgO；
（5）A为碳酸亚铁，需要洗涤、干燥，然后加热得到氧化铁；
故答案为：洗涤、干燥；
（6）制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，制取的红氧化铁ng中含有的铁的物质的量应该大于：
$\frac{ng×98%}{160g/mol}$×2=$\frac{n×98%}{80}$mol，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于：$\frac{n×98%×56}{80m}$；
故答案为：$\frac{n×98%×56}{80m}$．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备原理及实验流程中的反应、物质的性质等为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的综合考查，题目难度中等．