Question

16．铁是广泛应用的金属．
（1）铁元素在周期表中的位置是第四周期第VIII族，工业上通常采用高炉炼铁的方法制得单质铁，请写出用赤铁矿与CO反应炼铁的化学方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（2）请补充完成实验室制备Fe（OH）₃胶体的操作步骤：
①取25ml蒸馏水加热至沸腾       
②向沸水中逐滴加入5-6滴FeCl₃饱和溶液
③继续煮沸至液体呈红褐色   
 ④停止加热．
粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，某实验室对其进行处理的流程如图所示：

回答下列问题：
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，写出生成NH₄Fe（SO₄）₂的化学方程式Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O．
在物质分类体系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂不属于d（填字母）．
a．硫酸盐   b．复盐   c．强电解质   d．共价化合物
（4）滤渣B的主要成分为SiO₂，其与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（5）已知K_SP[Fe（OH）₃]=4×10^-38，K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33．为实现步骤③的实验目的，应使溶液中c（Fe³⁺）、c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可认为完全沉淀，则溶液A至少应调节到pH=6；用NH₄HCO₃调节pH的实验原理为（用离子方程式表示）H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑．
（6）实验室进行第④步操作时，所需的仪器是酒精灯、石棉网、三脚架、玻璃棒、蒸发皿，得到的晶体主要成份是（NH₄）₂SO₄（填化学式）．第⑤步所加试剂D是NaOH溶液；第⑥步生成Al（OH）₃的离子方程式为[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）Fe位于第四周期第VIII族，高温条件下，氧化铁和CO发生氧化还原反应生成Fe和二氧化碳；
（2）制备Fe（OH）₃胶体的步骤是：向沸水中逐滴加入饱和的氯化铁溶液，继续煮沸至溶液变为红褐色即停止加热，即得Fe（OH）₃胶体；
   粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，加入硫酸氢铵加热，第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，则Al₂O₃、Fe₂O₃都和硫酸氢铵反应，同时还有氨气生成，得到熟料；熟料水浸后过滤得到滤渣为SiO₂，滤液中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，向滤液中加入碳酸氢铵调节溶液的pH，过滤，得到氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，同时得到滤液C，滤液C中含有硫酸铵，蒸发结晶得到硫酸铵晶体；
氢氧化铝能溶于强碱溶液而氢氧化铁不溶于强碱，所以试剂D为NaOH，得到的滤液中含有偏铝酸钠和NaOH，向滤液E中通入过量二氧化碳，二氧化碳和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，过滤得到氢氧化铝沉淀；
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，氧化铝和硫酸氢铵反应生成NH₄Fe（SO₄）₂、氨气和水；
在物质分类体系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂属于硫酸盐、复盐，且离子化合物，且为强电解质；
（4）滤渣B的主要成分为二氧化硅，二氧化硅和NaOH溶液反应生成硅酸钠和水；
（5）根据K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可认为完全沉淀，此时c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-9}}}$=1×10^-8；在酸性溶液中，H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
（6）实验室进行第④步操作时，滤液C得到硫酸铵，所需的仪器是酒精灯、石棉网、三脚架、玻璃棒、蒸发皿；第⑤步所加试剂NaOH，生成四羟基合铝酸根离子，第⑥步通入过量二氧化碳生成Al（OH）₃．

解答 解：（1）铁在元素周期表中处于第四周期、第VIII族； 赤铁矿的主要成分是Fe₂O₃，可知赤铁矿与CO反应炼铁的化学方程式为3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
故答案为：第四周期第VIII族；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（2）制备Fe（OH）₃胶体的步骤是：向沸水中逐滴加入饱和的氯化铁溶液，继续煮沸至溶液变为红褐色即停止加热，即得Fe（OH）₃胶体，
故答案为：②向沸水中逐滴加入5-6滴FeCl₃饱和溶液；③液体呈红褐色；
  粉煤灰中含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，加入硫酸氢铵加热，第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，则Al₂O₃、Fe₂O₃都和硫酸氢铵反应，同时还有氨气生成，得到熟料；熟料水浸后过滤得到滤渣为SiO₂，滤液中含有NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，向滤液中加入碳酸氢铵调节溶液的pH，过滤，得到氢氧化铝、氢氧化铁沉淀，同时得到滤液C，滤液C中含有硫酸铵，蒸发结晶得到硫酸铵晶体；
氢氧化铝能溶于强碱溶液而氢氧化铁不溶于强碱，所以试剂D为NaOH，得到的滤液中含有偏铝酸钠和NaOH，向滤液E中通入过量二氧化碳，二氧化碳和偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，过滤得到氢氧化铝沉淀；
（3）第①步得到的“熟料”中可溶性的成分主要是NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂等，氧化铝和硫酸氢铵反应生成NH₄Fe（SO₄）₂、氨气和水，反应方程式为Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O；
在物质分类体系中，NH₄Fe（SO₄）₂、NH₄Al（SO₄）₂属于硫酸盐、复盐，且离子化合物，且为强电解质，所以不属于共价化合物，
故答案为：Fe₂O₃+4NH₄HSO₄$\frac{\underline{\;400℃\;}}{\;}$2 NH₄Fe（SO₄）₂+2NH₃↑+3H₂O；d；
（4）滤渣B的主要成分为SiO₂，二氧化硅和NaOH溶液反应生成硅酸钠和水，离子方程式为SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：SiO₂；SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（5）根据K_SP[Al（OH）₃]=1×10^-33；c（Al³⁺）均小于或等于1×10^-9 mol•L^-1可认为完全沉淀，此时c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-33}}{1×1{0}^{-9}}}$=1×10^-8，溶液中氢离子浓度=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$mol/L=10^-6 mol/L，则溶液的pH=6，
在酸性溶液中，离子方程式为H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
故答案为：6；H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑；
（6）实验室进行第④步操作时，滤液C得到硫酸铵，所需的仪器是酒精灯、石棉网、三脚架、玻璃棒、蒸发皿；第⑤步所加试剂NaOH，生成四羟基合铝酸根离子，第⑥步生成Al（OH）₃的离子方程式为[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案为：玻璃棒；蒸发皿；（NH₄）₂SO₄；NaOH溶液；[Al（OH）₄]^-+CO₂+H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-．

点评 本题考查化学工业流程，为高频考点，侧重考查学生对流程图整体把握、对元素化合物性质的灵活应用、对基本实验操作掌握，明确元素化合物性质、物质分离提纯方法等知识点是解本题关键，题目难点中等．