Question

14．氧化铁是重要工业颜料，以废铁屑为原料制备氧化铁的步骤如下：（部分操作和条件略）
步骤1：用碳酸钠溶液洗去铁屑表面的油污．
步骤2：加入稍过量的稀硫酸，保持50～80℃，充分反应后，过滤．
步骤3：将滤液与稍过量的NH₄HCO₃溶液混合，得到FeCO₃的浊液．
步骤4：过滤、洗涤、干燥，得到FeCO₃固体．
步骤5：煅烧FeCO₃，得到Fe₂O₃固体．
（1）步骤2中，如何判断反应已经充分？溶液中不再产生气泡．
（2）步骤2所得的滤渣中主要含有一种铁的化合物W（Fe₃C），经以下处理后，回收利用：W在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体X；将X溶于稀硫酸．
①煅烧时1mol W消耗O₂3mol．
②X溶于稀硫酸的离子方程式为Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O．
（3）步骤3生成FeCO₃反应的化学方程式为FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．
（4）将步骤4补充完整：过滤、洗涤、干燥．
（5）若煅烧时条件控制不当，会使产品中存在杂质FeO．
①若要设计实验检验产品中是否存在FeO，且只能选用两种试剂，这两种试剂是稀硫酸和酸性KMnO₄溶液．
②现煅烧116.0kg的FeCO₃，得到79.2kg产品，则该产品的纯度为90.9%．（设产品中只有一种杂质FeO，计算结果保留3位有效数字）

Answer 1

分析 由步骤可知，碳酸钠水解显碱性，可促进油污的水解，加稀硫酸除去碳酸钠，且溶解Fe，过滤后，滤液中含Fe²⁺，与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀，经过过滤，洗涤，干燥，灼烧得到氧化铁；
（1）根据反应已经充分时反应停止即无现象发生判断；
（2）①Fe₃C在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体X，X为Fe₃O₄，所以该反应方程式为：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂，据此计算；
②X为Fe₃O₄，将X溶于稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸铁，据此书写离子方程式；
（3）步骤2滤液中含Fe²⁺，与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀，据此书写离子方程式；
（4）将步骤4经过过滤，洗涤，干燥，得到FeCO₃固体；
（5）①根据以上分析煅烧后肯定生成氧化铁，要检验产品中是否存在FeO，则应先用酸将其溶解，再用酸性KMnO₄溶液检验含有三价铁离子时是否含有二价铁离子；
②假设Fe₂O₃物质的量为x mol，FeO的物质的量为y mol，根据质量守恒和铁原子守恒列方程组计算．

解答 解：（1）因为反应已经充分时反应停止即无现象发生，所以当溶液中不再产生气泡时可以判断反应已经充分；故答案为：溶液中不再产生气泡；
（2）①Fe₃C在足量的空气中高温煅烧，生成有磁性的固体X，X为Fe₃O₄，所以该反应方程式为：Fe₃C+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+CO₂，则煅烧时1mol W（Fe₃C），消耗O₂ 3mol；故答案为：3；
②X为Fe₃O₄，将X溶于稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸铁，则离子方程式为 Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；故答案为：Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O；
（3）步骤2滤液中含Fe²⁺，与碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁沉淀，则生成FeCO₃沉淀的化学方程式为FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，故答案为：FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）将步骤4经过过滤，洗涤，干燥，得到FeCO₃固体，故答案为：过滤；洗涤；干燥；
（5）①根据以上分析煅烧后肯定生成氧化铁，要检验产品中是否存在FeO，则应先用酸将其溶解，再用酸性KMnO₄溶液检验含有三价铁离子时是否含有二价铁离子，又酸性KMnO₄溶液会氧化氯离子，所以应选用硫酸溶解，所以这两种试剂是稀硫酸和酸性KMnO₄溶液，故答案为：稀硫酸和酸性KMnO₄溶液；
②假设Fe₂O₃物质的量为x mol，FeO的物质的量为y mol，那么满足：160x+72y=79200；铁原子守恒（2x+y）×116=116000，解得x=450mol，所以产物中Fe₂O₃的质量160g/mol×450mol=72000g=72kg，则该产品的纯度为$\frac{72}{79.2}$×100%=90.9%；故答案为：90.9%．

点评 本题考查元素化合物性质、基本操作与方案设计、常用化学用语等，关键是熟练综合应用相关元素化合物知识，要求学生要有扎实的实验基础知识和灵活应用信息解决问题的能力，题目难度中等．