Question

6．工业上采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、A1₂O₃，不考虑其他杂质）制取FeSO₄•7H₂O，其制备工艺流程如图1：

结合所学知识回答：
（1）溶解烧渣选用的酸应为H₂SO₄（填化学式），选用的试剂X为铁屑（填试剂名称）．
（2）加入NaOH控制pH的目的是沉淀铝离子生成氢氧化铝沉淀．
（3）从溶液2得到FeSO₄•7H₂O的实验操作主要步骤是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥．
（4）为了测定获得的绿矾产品的纯度，进行了如下实验操作：
I．称取2.850g绿矾产品，溶解，用250mL容量瓶配制成待测液；
II．量取25.00mL待测溶液置于锥形瓶中；
III．用硫酸酸化的0.01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为 20.00mL．
①判断此滴定实验达到终点的方法是滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色．
②该滴定反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O．
③上述样品中FeSO₄•7H₂O的纯度为97.54%．
（5）古代炼丹家以绿矾（FeSO₄•7H₂O）为原料，放在炼丹炉中锻烧可制得绿矾油．图2是2.780g绿矾隔绝空气受热分解时，所得固体产物的质量随温度变化的曲线．将加热产生的所有气体通入足量的BaCl₂溶液，得到白色沉淀1.165g．则t₁～t₂段发生反应的化学方程式为2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑．

Answer 1

分析 硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，不考虑其他杂质）中加入足量稀硫酸，发生的反应有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀硫酸，然后过滤，得到的固体1成分为SiO₂，滤液1中含有Fe₂（SO₄）₃、H₂O、Al₂（SO₄）₃；在滤液1中加入X，然后加入NaOH溶液并调节溶液的pH，得到固体Al（OH）₃ 和溶液2，从溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶体，说明溶液2中溶质为FeSO₄，则X具有还原性，能将Fe³⁺氧化为Fe²⁺，且不能引进新的杂质，则X为Fe，加入试剂X发生的离子反应有2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，将溶液2蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO₄•7H₂O晶体，据此分析解答，
（1）酸溶不能引入杂质离子选择硫酸，X具有还原性，能将Fe³⁺氧化为Fe²⁺，且不能引进新的杂质，则X为Fe，
（2）通过以上分析知，固体1为难溶于稀硫酸的SiO₂，固体2为氢氧化铝Al（OH）₃，加入NaOH溶液并调节溶液的pH，沉淀铝离子；
（3）从溶液中获取晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等步骤；
（4）①根据题中实验步骤可知，滴定实验达到终点时，溶液中的高锰酸钾不完全褪色，溶液呈浅红色；
②酸性KMnO₄被FeSO₄还原时生成Mn²⁺，同时生成铁离子，根据电荷守恒和元素守恒书写离子方程式；
③根据电子得失守恒有关系式MnO₄^-～5Fe²⁺，滴定中用去的高锰酸钾的物质的量为0.0100mol/L×0.02L=0.0002mol，所以2.850g绿矾产品中FeSO₄•7H₂O的物质的量为$\frac{250}{25}$×5×0.0002mol=0.01mol，据此计算样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数；
（5）根据元素守恒，及绿矾油是一种无色粘稠液体，可用于除掉兵器上的铁锈即能与氧化铁反应，可知绿矾油应为浓硫酸；2.78g的FeSO₄•7H₂O晶体的物质的量 $\frac{2.78g}{278g/mol}$=0.01mol，加热生成FeSO₄时的质量为1.52g，再将FeSO₄加热产生的所有气体通入足量的BaCl₂溶液，得自色沉淀应为硫酸钡1.165g，即0.005mol，则说明产生三氧化硫为0.005mol，其质量为0.4g，得到铁的氧化物为0.8g，结合铁元素为0.01mol可知，该氧化物为Fe₂O₃，根据质量守恒可知，加热还产生二氧化硫的质量为1.52g-0.8g-0.4g=0.32g，即为0.005mol，据此答题．

解答 解：硫铁矿焙烧取硫后的烧渣（主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，不考虑其他杂质）中加入足量稀硫酸，发生的反应有Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O、Al₂O₃+3H₂SO₄=Al₂（SO₄）₃+3H₂O，SiO₂不溶于稀硫酸，然后过滤，得到的固体1成分为SiO₂，滤液1中含有Fe₂（SO₄）₃、H₂O、Al₂（SO₄）₃；在滤液1中加入X，然后加入NaOH溶液并调节溶液的pH，得到沉淀Al（OH）₃ 和溶液2，从溶液2中能得到FeSO₄•7H₂O晶体，说明溶液2中溶质为FeSO₄，则X具有还原性，能将Fe³⁺氧化为Fe²⁺，且不能引进新的杂质，则X为Fe，加入试剂X发生的离子反应有2 Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，将溶液2蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到FeSO₄•7H₂O晶体，
（1）制取七水合硫酸亚铁，为不引入杂质，故酸应选择H₂SO₄，试剂X的作用是将铁离子还原为亚铁离子，不引入新杂质，X为铁单质；
故答案为：H₂SO₄；铁屑；
（2）通过以上分析知，固体1为难溶于稀硫酸的SiO₂，固体2为氢氧化铝Al（OH）₃，加入NaOH溶液并调节溶液的pH，得到固体Al（OH）₃，
故答案为：沉淀铝离子生成氢氧化铝沉淀；
（3）从溶液中获取晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥；
（4）①根据题中实验步骤可知，滴定实验达到终点时，溶液中的高锰酸钾不完全褪色，溶液呈浅红色，所以判断滴定实验达到终点的现象是滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色，
故答案为：滴加最后一滴KMnO₄溶液时，溶液变成浅红色且半分钟内不褪色；
②酸性KMnO₄被FeSO₄还原时生成Mn²⁺，同时生成铁离子，反应的离子方程式为MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O，
故答案为：MnO₄^-+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O；
③根据电子得失守恒有关系式MnO₄^-～5Fe²⁺，滴定中用去的高锰酸钾的物质的量为0.0100mol/L×0.02L=0.0002mol，所以2.850g绿矾产品中FeSO₄•7H₂O的物质的量为：$\frac{250}{25}$×5×0.0002mol=0.01mol，所以样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为：$\frac{0.01mol×278g/mol}{2.85g}$×100%=97.54%，
故答案为：97.54%；
（5）根据元素守恒，及绿矾油是一种无色粘稠液体，可用于除掉兵器上的铁锈即能与氧化铁反应，可知绿矾油应为浓硫酸；2.78g的FeSO₄•7H₂O晶体的物质的量 $\frac{2.78g}{278g/mol}$=0.01mol，加热生成FeSO₄时的质量为1.52g，再将FeSO₄加热产生的所有气体通入足量的BaCl₂溶液，得自色沉淀应为硫酸钡1.16g，即0.005mol，则说明产生三氧化硫为0.005mol，其质量为0.4g，得到铁的氧化物为0.8g，结合铁元素为0.01mol可知，该氧化物为Fe₂O₃，根据质量守恒可知，加热还产生二氧化硫的质量为1.52g-0.8g-0.4g=0.32g，即为0.005mol，所以发生反应的化学方程式为2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑，
故答案为：2FeSO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₃↑+SO₂ ↑．

点评 本题考查物质制备、化学工艺流程、物质的分离提纯、氧化还原滴定应用等知识，题目难度中等，明确实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力，题目难度中等．