Question

铁及其他合物在工业生产中有着广泛的应用．请按要求回答下列问题：
I．工业上利用硫酸铁矿烧渣（主要成分为Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等）为原料提取Fe₂O₃，工艺流程如图1：

（1）滤液X中所含金属阳离子有

 

．
（2）步骤②中理论上发生反应的离子方程式依次为

 

．
（3）结合图2，分析步骤③调节pH的目的是

 

．
（4）假设流程中矿渣中的铁元素100%转化到产品中，则硫酸铁矿烧渣样品中Fe₂O₃的质量分数范围为（含m、n的代数式）

 

．
（5）请设计实验室中以硫酸铁矿烧渣为原料提取氧化铁的另一种方案：
向硫酸铁矿烧渣原料中加入过量稀硫酸、充分搅拌、过滤，再向滤液中加入足量的

 

溶液，接下来的一系列操作是搅拌、

 

、洗涤、

 

，最后获得纯净的产品Fe₂O₃．
Ⅱ．几位同学用铁盐溶液清洗试管中银镜，实验设想如下：
（6）甲：认为含Fe3+的盐无法洗去银镜．依据是Fe³⁺的氧化性（填“强于”或“弱于”）

 

Ag⁺的氧化性，所以反应Fe³⁺+Ag→Fe²⁺+Ag⁺不可以发生，
（7）乙：查资料发现，用FeCl₃溶液可以清洗银镜，于是他亲自动手实验，发现银镜迅速消失，另外还观察到溶液变为浅绿色；为验证Fe³⁺的还原产物，可选择的试剂为

 

．结合甲的分析和自己的实验现象他得出结论：反应Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag是（填“可逆”或“不可逆”）

 

反应．
（8）丙：结合甲、乙的设想，他用Fe（NO₃）₃溶液做对比实验，发现清洗银镜的速率慢许多，他重新观察乙的实验试管中有白色沉淀，于是结合化学平衡理论分析，得出用FeCl₃溶液清洗银镜的离子方程式

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能与稀硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁和水，SiO₂与稀硫酸不反应，因此过滤后滤液X中主要含有铁离子和铝离子．
（2）滤液中含有过量的稀硫酸以及生成硫酸铁，二者均能与铁反应；
（3）根据图2可知，随着溶液pH的升高，铝离子首先生成氢氧化铝沉淀，而溶液中的亚铁离子在留在溶液中，因此调节pH的目的是沉淀铝离子．
（4）根据流程图可知，在滤液X中加入铁粉时生成亚铁离子引入了铁元素．所以最终生成的氧化铁质量大于原矿石中氧化铁的质量．如果加入的铁粉恰好只与铁离子反应，则n值最小，此时得出的矿石中氧化铁的含量最高．设原矿石中氧化铁的物质的量是amol，则滤液X中铁离子的物质的量是2amol，根据方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知生成亚铁离子的物质的量是3amol，因此最终生成的氧化铁的物质的量是1.5amol，计算原矿石中氧化铁的含量，分析判断取值；
（5）由于氢氧化铝是两性氢氧化物，因此要从滤液X中获得氧化铁，则可以加入过量的氢氧化钠溶液，过滤后得到氢氧化铁，洗涤后灼烧即可．
（6）根据金属活动顺序表放阳离子氧化性；
（7）铁离子的还原产物是亚铁离子，因此为验证Fe³⁺的还原产物，可选择的试剂为）铁氰化钾溶液；由于铁离子的氧化性弱于银离子的氧化性，而反应Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以发生，这说明反应应该是可逆反应．
（8）根据以上分析可知，硝酸铁溶液与银镜反应很慢，与氯化铁溶液反应快，这说明由于在反应中生成的银离子与氯离子结合生成了难溶性物质氯化银，从而促使平衡向正反应方向移动；

解答： 解：（1）Fe₂O₃、Al₂O₃均能与稀硫酸反应生成硫酸铝、硫酸铁和水，SiO₂与稀硫酸不反应，因此过滤后滤液X中主要含有铁离子和铝离子；
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）滤液中含有过量的稀硫酸以及生成硫酸铁，二者均能与铁反应，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
故答案为：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺、2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑；
（3）根据图2可知，随着溶液pH的升高，铝离子首先生成氢氧化铝沉淀，而溶液中的亚铁离子在留在溶液中，因此调节pH的目的是沉淀铝离子；
故答案为：沉淀铝离子；
（4）根据流程图可知，在滤液X中加入铁粉时生成亚铁离子引入了铁元素．所以最终生成的氧化铁质量大于原矿石中氧化铁的质量．如果加入的铁粉恰好只与铁离子反应，则n值最小，此时得出的矿石中氧化铁的含量最高．设原矿石中氧化铁的物质的量是amol，则滤液X中铁离子的物质的量是2amol，根据方程式2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺可知生成亚铁离子的物质的量是3amol，因此最终生成的氧化铁的物质的量是1.5amol，即160×1.5amol=n，解得a=

n

240

，所以原矿石中氧化铁的含量为 

n 240 ×160

m

×100%=

2n

3m

×100%，因此样品中Fe₂O₃的质量分数范围为小于

2n

3m

×100%；
故答案为：小于

2n

3m

×100%；
（5）由于氢氧化铝是两性氢氧化物，因此要从滤液X中获得氧化铁，则可以加入过量的氢氧化钠溶液，过滤后得到氢氧化铁，洗涤后灼烧即可；
故答案为：氢氧化钠；过滤；灼烧；
（6）根据金属活动顺序表可知，铁离子的氧化性弱于银离子的氧化性；
故答案为：弱于；
（7）铁离子的还原产物是亚铁离子，因此为验证Fe³⁺的还原产物，可选择的试剂为）铁氰化钾溶液；由于铁离子的氧化性弱于银离子的氧化性，而反应Fe²⁺+Ag→Fe³⁺+Ag可以发生，这说明反应应该是可逆反应；
故答案为：铁氰化钾溶液；可逆；
（8）根据以上分析可知，硝酸铁溶液与银镜反应很慢，与氯化铁溶液反应快，这说明由于在反应中生成的银离子与氯离子结合生成了难溶性物质氯化银，从而促使平衡向正反应方向移动，反应的方程式为Fe³⁺+Ag+Cl^-=Fe²⁺+AgCl；
故答案为：Fe³⁺+Ag+Cl^-=Fe²⁺+AgCl；

点评：本题考查了物质制备方法和实验过程分析判断，物质性质和实验设计方法，题干信息的理解应用，题目综合性较大，难度中等．