Question

19．为了保护环境，充分利用资源．某研究小组通过如图简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（主要以Fe₂O₃存在，还含有氧化铝、二氧化硅等杂质）转变成重要的化工原料FeSO₄（反应条件略）
活化硫铁矿还原Fe³⁺的主要反应为：FeS₂+7Fe₂（S0₄）₃+8H₂O→15FeSO₄+8H₂SO₄，不考虑其它反应，已知各氢氧化物沉淀PH值，请回答下列问题：

pH	开始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）2	5.8	8.8
Fe（OH）3	1.1	3.2
Al（OH）3	3.0	5.0

（1）第Ⅲ步目的是调剂PH，去除铝杂质（或除去Al（OH）₃\Fe（OH）₃）．
（2）检验所得绿矾晶体中是否含有Fe³⁺的实验操作为取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，（或滴加苯酚溶液，不出现紫色）表明不含有Fe³⁺，反之则含．
（3）得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质，②温度低、用水少降低洗涤过程中硫酸亚铁晶体的损耗．
研究性学习小组对硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）热分解研究，该小组同学称取ag硫酸亚铁晶体样品按图1高温加热，使其完全分解，对所得产物进行探究：

（4）装置B的目的是检验产物水生成；装置C中高锰酸钾溶液褪色，使之褪色的物质的名称是二氧化硫；装置D中球形干燥管的作用是防止氢氧化钠溶液倒吸．
（5）硫酸亚铁晶体完全分解后装置A中残留红棕色固体．写出FeSO₄分解的化学方程式2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑．
（6）设计一个简单实验检验产生的含硫元素的气体：．
（7）某研究所利用SDTQ600热分析仪对硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）进行热分解，获得相关数据，绘制成固体质量--分解温度的关系如图2，由此得出FeSO₄•xH₂O中的x值为$\frac{10a-152}{18}$．

Answer 1

分析 由流程可知，硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原Fe³⁺后过滤，向滤液中加入FeCO₃调节溶液pH，过滤后在通入空气、调节溶液pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到FeSO₄晶体，以此解答（1）～（3）；
研究性学习小组对硫酸亚铁晶体（FeSO₄•xH₂O）热分解研究，该小组同学称取ag硫酸亚铁晶体样品按图1高温加热，使其完全分解，对所得产物进行探究，由装置可知，氮气将装置中的空气排出，A中晶体分解，B中检验水的生成，C中检验二氧化硫的生成，D为尾气吸收装置，结合质量变化计算，以此解答（4）～（7）．

解答 解：由流程可知，硫铁矿烧渣用硫酸浸取，过滤后滤液中含有硫酸铁、未反应的硫酸，用活化硫铁矿还原Fe³⁺后过滤，向滤液中加入FeCO₃调节溶液pH，过滤后在通入空气、调节溶液pH，除去溶液中杂质离子，过滤浓缩结晶得到FeSO₄晶体，
（1）第Ⅲ步目的是调剂PH，去除铝杂质（或除去 Al（OH）₃\Fe（OH）₃），故答案为：调剂PH，去除铝杂质（或除去 Al（OH）₃\Fe（OH）₃）；
（2）检验所得绿矾晶体中是否含有Fe³⁺的实验操作为取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，（或滴加苯酚溶液，不出现紫色）表明不含有Fe³⁺；反之，则含，故答案为：取少量晶体溶于水，滴加KSCN溶液，若不出现血红色，（或滴加苯酚溶液，不出现紫色）表明不含有Fe³⁺，反之则含；
（3）得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其目的是①除去晶体表面附着的硫酸等杂质，②温度低、用水少降低洗涤过程中硫酸亚铁晶体的损耗，
故答案为：①除去晶体表面附着的硫酸等杂质，②温度低、用水少降低洗涤过程中硫酸亚铁晶体的损耗；
（4）装置B的目的是检验产物水生成；装置C中高锰酸钾溶液褪色，使之褪色的物质的名称是二氧化硫；装置D中球形干燥管的作用是防止氢氧化钠溶液倒吸，
故答案为：检验产物水生成；二氧化硫；防止氢氧化钠溶液倒吸；
（5）FeSO₄分解的化学方程式为2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑，故答案为：2FeSO₄$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑； 
（6）设计一个简单实验检验产生的含硫元素的气体为，用盐酸酸化的氯化钡溶液与品红溶液，如分别通入可不分先后，如按流程进行，氯化钡在前品红在后），故答案为：；
（7）通过FeSO₄•xH₂O的化学式可知铁原子和水的个数比为1：2x，
Fe₂O₃～2FeSO₄．xH₂O
160      2×（152+18x）
8g         a
解得x=$\frac{10a-152}{18}$，
故答案为：$\frac{10a-152}{18}$．

点评 本题考查混合物分离提纯综合应用及物质含量测定，为高频考点，把握物质的性质、流程中发生的反应及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，综合性较强，题目难度中等．