Question

某化学兴趣小组用铁矿石（主要成分为Fe₂O₃，还有SiO₂、A1₂O₃等杂质）提取Fe₂O₃．操作流程如图：

查阅资料，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时pH如表：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2
完全沉淀的pH	5.2	3.2	9.0

（1）（I）步骤中分离溶液和沉淀的操作名称是

 

．
（2）沉淀A中主要含有

 

（填化学式）．
（3）滤液Y中的阴离子除OH^-、Cl^-外，还有

 

（填离子符号）．
（4）该铁矿石中常混有少量的FeO杂质，加入足量的盐酸后，滤液X中含有少量Fe²⁺，为了除去滤液X中含有的Fe²⁺，常加入氧化剂H₂O₂，H₂O₂还原产物为水，写出该反应的离子方程式

 

．若要使该溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀（已知Al（OH）₃开始沉淀时pH为4.1），你认为pH的最佳调控范围是

 

．
（5）一般认为残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10^-5 mol?L^-1时，沉淀已经完全．请利用上表中数据估算Fe（OH）₂的溶度积

 

．
（6）金属Fe、Al用途广，Li-Al/FeS电池是一种车载电池，正极电极反应式为：2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe；负极电极反应式为：2Li-2e^-═2Li⁺．下列叙述正确的是

 

．
A．该电池的电池反应式为2Li+FeS═Li₂S+Fe
B．Li-Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为+1价
C．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,常见化学电源的种类及其工作原理

专题：实验设计题,电化学专题

分析：铁矿石（主要成分为Fe₂O₃，还有SiO₂、A1₂O₃等杂质）提取Fe₂O₃，依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀A；滤液中加入过量氢氧化钠溶液，氯化铁全部反应生成氢氧化铁沉淀，氯化铝全部反应生成偏铝酸钠溶液和氯化钠溶液，氢氧化铁加热分解生成氧化铁和水；
（1）（I）和（Ⅱ）步骤中分离溶液和沉淀的操作名称为过滤；
（2）依据分析判断可知A为SiO₂；
（3）滤液Y是偏铝酸钠、氯化钠溶液，溶液中的阴离子除OH^-、Cl^-外，还有AlO₂^-；
（4）含有的FeO杂质，加入足量的盐酸后，滤液X中含有少量Fe²⁺，加入氧化剂H₂O₂，把亚铁离子为铁离子，H₂O₂还原产物为水；使该溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀结合图表数据分析判断；
（5）依据溶度积概念计算；
（6）Li和Al都属于金属，合金中Li较Al活泼，根据正极反应式知，原电池的电极材料Li-Al/FeS，判断出负极材料为Li，发生反应为：Li-e^-═Li⁺，又知该电池中正极的电极反应式为：2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe，所以电池反应为：2Li+FeS═Li₂S+Fe，充电时为电解池原理，阴极发生还原反应，反应式是2Li⁺+2e^-═2Li．

解答： 解：铁矿石（主要成分为Fe₂O₃，还有SiO₂、A1₂O₃等杂质）提取Fe₂O₃，依据提取流程图可知，加入过量盐酸，氧化铁和氧化铝全部溶解为氯化铁和氯化铝溶液，二氧化硅不溶于盐酸为沉淀A；滤液中加入过量氢氧化钠溶液，氯化铁全部反应生成氢氧化铁沉淀，氢氧化铝是两性氢氧化物溶于强碱溶液，氯化铝全部反应生成偏铝酸钠溶液和氯化钠溶液，氢氧化铁加热分解生成氧化铁和水；
（1）（I）和（Ⅱ）步骤中分离溶液和沉淀的操作名称为过滤，故答案为：过滤；
（2）依据分析判断可知A为SiO₂，故答案为：SiO₂；
（3）滤液Y是偏铝酸钠、氯化钠溶液，溶液中的阴离子除OH^-、Cl^-外，还有AlO₂^-，故答案为：AlO₂^-；
（4）该铁矿石中常混有少量的FeO杂质，加入足量的盐酸后，滤液X中含有少量Fe²⁺，为了除去滤液X中含有的Fe²⁺，常加入氧化剂H₂O₂，把亚铁离子为铁离子，H₂O₂还原产物为水，该反应的离子方程式：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；若要使该溶液中Fe³⁺完全沉淀，而Al³⁺不沉淀（已知Al（OH）₃开始沉淀时pH为4.1），你认为pH的最佳调控范围是：3.2≤pH＜4.1；
故答案为：2Fe²⁺+2H⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；3.2≤pH＜4.1；
（5）残留在溶液中的离子浓度小于1.0×10^-5 mol?L^-1时，沉淀已经完全．Fe（OH）₂完全沉淀pH=9，c（OH-）=

10=14

10-9

=10^-5mol/L，Ksp=c（Fe²⁺）c²（OH^-）=10^-5mol/L×（10^-5mol/L）²=10-15mol³?L^-3，故答案为：1.0×10^-15 mol³?L^-3；
（6）A、根据正极反应2Li⁺+FeS+2e^-═Li₂S+Fe与负极反应2Li-2e^-═2Li⁺相加可得反应的电池反应式为：2Li+FeS═Li₂S+Fe，故A正确；
B、Li和Al都属于金属，所以Li-Al应该属于合金而不是化合物，因此化合价为0价，故B错误；
C、负极应该是Li失去电子而不是Al，电子负极经外电路流向正极，故C错误；
故选：A．

点评：本题考查了铁矿石提取氧化铁的流程分析，主要考查了二氧化硅不溶于酸，氢氧化铝溶于强碱溶液，溶度积常数计算分析，原电池原理的理解应用，题目难度中等．