Question

【题目】利用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3，还含有少量Al2O3、 MgO、SiO2等杂质)制备铁红工艺流程如下:

回答下列问题:

（1）还原焙烧后,Fe元素的化合价为__________。

（2）“酸浸”实验中,需加入絮凝剂沉淀杂质。絮凝剂用量和过滤时间对铁红成份的影响如下表所示。由表可知,所采用的最佳实验条件为__________。

絮凝剂用量/×10-6t	过滤时间min	Fe2O3含量%	SiO2含量%
40	5	96.5	0.12
50	10	97.9	0.10
60	20	98.3	0.07
100	40	99.4	0.01
150	150	99.5	0.008

（3）若“合成”中c(Mg2+)=0.01mol/L,加入NH4HCO3(设溶液体积增加1倍),当Fe2+恰好沉淀完全时，溶液中c(Fe2+)=1.0×10-5mol/L，此时是否有MgCO3沉淀生成？_______(列式计算)。FeCO3、MgCO3的Ksp分别为3.2×10-11、3.0×10-8。

（4）“合成”过程中发生反应的离子方程式为_____________.

（5）“合成”过程中温度对亚铁离子转化率的影响如下图,分析选择反应温度为40℃的原因是________。

（6）“煅烧”中由FeCO3制备Fe 2O3的化学方程式为___________。

（7）本流程中，铝元素是以________(填化学式)形式被除去的。

Answer 1

【答案】 +2 1.0×10-4t，40min 无沉淀生成，c(CO32-)=Ksp(FeCO3)/c(Fe2+)=3.2×10-11/10-5=3.2×10-6，Q= c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6×0.01/2< Ksp(MgCO3) Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑ 温度低于40℃，亚铁离子转化率较低；温度高于40℃,亚铁离子转化率变化不大；温度过高,碳酸氢铵易分解 4FeCO3 +O2 2Fe2O3+ 4CO2 Al(OH)3

【解析】（1）硫铁矿烧渣中主要成分为Fe2O3，加炭黑还原焙烧，Fe元素的化合价降为+2价。

（2）由表中数据可得虽然絮凝剂用量越多、过滤时间越长，Fe2O3含量越高、SiO2含量越低，但是1.0×10-4t、40min条件与1.5×10-4t、150min条件相比，前者Fe2O3含量只比后者低0.1个百分点，SiO2含量高0.002个百分点，而絮凝剂用量和过滤时间，前者比后者明显少，所以应选择最佳实验条件为：1.0×10-4t、40min。

（3）因为c(CO32-)=Ksp(FeCO3)÷c(Fe2+)=3.2×10-11÷10-5=3.2×10-6，所以Q(MgCO3)=c(CO32-)×c(Mg2+)=3.2×10-6××0.01<Ksp(MgCO3)=3.0×10-8，故无MgCO3沉淀生成。

（4）结合流程并根据题意，向含Fe2+的溶液中加入NH4HCO3，生成了FeCO3沉淀，根据原子守恒和电荷守恒，还应生成H2O和CO2，故“合成”过程中发生反应的离子方程式为：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。

（5）由图可得，温度低于40℃时，亚铁离子的转化率较低；温度高于40℃，亚铁离子转化率变化不大；而温度过高碳酸氢铵容易分解，所以合成过程中选择反应温度为40℃。

（6）在空气中煅烧FeCO3，FeCO3分解，+2价铁会被氧化成+3价铁的化合物，所以生成物为：Fe2O3和CO2，故“煅烧”中由FeCO3制备Fe2O3的化学方程式为：4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2。

（7）本流程中酸浸时Al2O3转变为Al3+，加NH4HCO3时，Al3+会与HCO3-双水解转变为Al(OH)3，由此可得铝元素是以Al(OH)3形式被除去的。