Question

2．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等．实验室模拟工业以硫酸渣制备铁红（Fe₂O₃），过程如图：

（1）硫酸渣的成分中既能与酸又能与碱反应的是Al₂O₃，写出酸溶过程Fe₂O₃与稀硫酸反应的离子反应方程式：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O．
（2）生产过程中，为了确保铁红的纯度，氧化过程需要调节溶液的pH的范围是3.2-3.8（部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表）

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2	Mg（OH）2
开始沉淀	2.7	3.8	7.5	9.4
完全沉淀	3.2	5.2	9.7	12.4

（3）滤渣A的主要成分为SiO₂，滤液B含有的主要物质有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃．
（4）如何证明洗涤环节充分洗净取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全．
（5）已知硫酸渣质量为a kg，假设铁红制备过程中铁元素损耗25%，最终得到铁红的质量为b kg，则原来硫酸渣中铁元素质量分数为$\frac{14b}{15a}$．（用题中所给数据计算并用最简整数比表示结果）

Answer 1

分析 硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，过滤得到滤渣A含有SiO₂，滤液含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺，再加氢氧化钠，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8可得到Fe（OH）₃，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红，滤液B中含有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，以此解答该题．

解答 解：硫酸渣中含Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、MgO等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO₂，过滤得到滤渣A含有SiO₂，滤液含有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺，再加氢氧化钠，调节溶液的pH的范围是3.2～3.8可得到Fe（OH）₃，最后洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红，滤液B中含有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，
（1）硫酸渣的成分中既能与酸又能与碱反应的是Al₂O₃，为两性氧化物，Fe₂O₃与稀硫酸反应的离子反应方程式为Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：Al₂O₃；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）由表中数据可知调节溶液的pH的范围是3.2～3.8主要是使三价铁沉淀，而二价镁，三价铝都不沉淀，故答案为：3.2-3.8；
（3）由以上分析可知滤渣A的主要成分为SiO₂，滤液B含有的主要物质有Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃，
故答案为：SiO₂；Na₂SO₄、MgSO₄、Al₂（SO₄）₃；
（4）固体具有吸附性，氢氧化铁固体表面吸附硫酸根离子，可取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全，
故答案为：取少许最后一次洗涤滤液，滴入1～2滴Ba（NO₃）₂溶液，若不出现白色浑浊，表示已洗涤完全；
（5）铁红制备过程中铁元素的质量为（b×$\frac{112}{160}$）÷75%=$\frac{14b}{15}$，则原来硫酸渣中铁元素质量分数为$\frac{14b}{15a}$，故答案为：$\frac{14b}{15a}$．

点评 本题通过制备铁红，考查了物质制备方案的设计及化学实验基本操作方法的综合应用，题目难度中等，明确制备流程及化学实验基本操作方法为解答关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．